🔥 Tema 22: El fuego: tetraedro, combustión y transferencia de calor

Ayuntamiento de Oviedo · Servicio de Extinción de Incendios y Salvamento (SEIS) · Agente Técnico/a Conductor/a Especialista del SEIS

Resumen

Es el tema 10 de la parte específica del anexo II (aquí, el 22). Se estudia con el capítulo 1, «Caracterización», de la «Teoría del fuego» del CEIS Guadalajara (Manual de incendios, parte 1), que es un manual público. Aquí va la química y la física del fuego; las explosiones, las clases de fuego, la dinámica de los incendios y los agentes extintores son del tema 23.

El fuego, el triángulo y el tetraedro. La norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por una emisión de calor, humo y llama. Para la ISO 13943 el fuego es una combustión autosoportada, puesta en marcha deliberadamente y controlada en su duración y extensión, y el incendio, una combustión que se propaga incontroladamente en el tiempo y en el espacio. La combustión es una reacción química exotérmica de oxidación-reducción entre un combustible (el reductor, que se oxida y pierde electrones) y un comburente (el oxidante). Combustible, comburente y energía de activación forman el triángulo del fuego; si se suprime un lado, el fuego no se produce o se apaga. Al añadir la reacción en cadena se obtiene el tetraedro (un tetraedro y no un cuadrado, porque cada cara está en contacto con las demás). El manual añade un factor que no reacciona pero roba calor: los agentes pasivos (vapor de agua, CO2, hollín, nitrógeno).

Combustible y rango de inflamabilidad. Combustible es cualquier sustancia capaz de arder en presencia de una energía de activación. Sea sólido, líquido o gas, siempre entra en combustión en fase gaseosa: los sólidos por pirólisis (descomposición por el calor, sin intervención del oxígeno) y los líquidos por vaporización. Tres temperaturas, de menos a más: punto de inflamación (flash point: emite vapores que se inflaman con una fuente de ignición, pero sin ella no arde), punto de ignición o de incendio (unos grados por encima: sigue ardiendo aunque se retire la fuente) y punto de autoinflamación (arde sin fuente de ignición). Solo arden las mezclas entre el límite inferior de inflamabilidad (LII: por debajo falta combustible) y el superior (LSI: por encima falta comburente). Ese intervalo es el rango de inflamabilidad, y dentro de él están el punto ideal de combustión (PIC, las mejores condiciones) y el punto estequiométrico (PE, velocidad de reacción máxima: explosión). Tabla del manual: acetileno 2,5-81 %, propano 2,2-9,5 %, butano 1,8-8,4 %, gasolina 1,5-7,6 %, metano 5-15 %. La gasolina se inflama a -39 ºC y se autoinflama a 285 ºC; el gasoil, a 60 ºC y 330 ºC.

Comburente, energía de activación y reacción en cadena. El comburente más común es el oxígeno del aire: aproximadamente un 21 % en volumen y un 23 % en peso; por debajo del 15 % el fuego generalmente se apaga (ensayo del índice crítico de oxígeno). Algunos compuestos, como la nitrocelulosa, llevan oxidante y reductor y arden sin aporte externo de oxígeno. La energía de activación la aportan los focos de ignición, que el manual clasifica por su origen: químico, mecánico (choques o roces), eléctrico, térmico o directo, biológico (la fermentación) y natural o atmosférico (los rayos); un foco provoca la ignición si eleva la temperatura del combustible por encima de su punto de ignición. Las reacciones en cadena (REC) solo aparecen cuando hay combustión con llama; su velocidad se duplica con una elevación de 10 ºC y puede multiplicarse por un millón o más con 200 ºC.

Productos de la combustión: humo, llamas, calor y gases. El humo (partículas sólidas y líquidas en suspensión) es el principal factor de riesgo: el blanco indica que se arde libremente con mucho oxígeno; el negro, gran carga térmica y poco oxígeno; el amarillo apunta a azufre, el amarillo verdoso a cloro, el violeta a yodo y el azul a hidrocarburos. La llama es la zona de combustión en fase gaseosa: zona interna fría y oscura, zona media muy luminosa y zona externa, poco luminosa y la más caliente; en la práctica alcanza de 1.800 a 2.200 ºC. El calor es la suma de la energía cinética de todas las moléculas y la temperatura, la energía cinética media; 1 caloría equivale a 4,1868 julios. Gases: el CO (inflamable del 12,5 al 74,2 %, afinidad por la hemoglobina 260 veces mayor que la del oxígeno), el CO2 (asfixiante, 1,52 veces más denso que el aire), el HCN (olor a almendras amargas), el H2S (huevos podridos), el amoniaco, el cloro, el fosgeno y la acroleína.

Transferencia de calor. El calor pasa siempre de la zona de mayor temperatura a la de menor, por tres vías. Conducción: contacto molecular directo; es mejor en los sólidos que en los líquidos, y en estos mejor que en los gases, y no existe en el vacío absoluto. Convección: en un fluido en movimiento (gas o líquido); el aire caliente sube, por eso va en sentido ascendente, es la que más influye al definir la estrategia de intervención y la que hace correr el fuego cuesta arriba (cuesta abajo no funciona y solo queda la radiación). Radiación: ondas electromagnéticas que viajan en línea recta, a la velocidad de la luz, y que al tropezar con un cuerpo son absorbidas, reflejadas o transmitidas; las de una combustión están sobre todo en el infrarrojo.

Clasificación de las combustiones. Por cómo llega la masa reactiva: de aportación (se va incorporando al frente de reacción: con llama, latente, incandescente y espontánea) y de propagación o de premezcla. Por la velocidad: lenta o muy lenta (oxidación, sin luz y sin reacción en cadena), simple o normal (frente visible e inferior a 1 m/s, la de los incendios corrientes) e instantánea: deflagración (más de 1 m/s y subsónica) o detonación (supersónica). Por el oxígeno: completa (oxígeno abundante, CO2 y H2O, humo blanco o gris pálido) e incompleta (escasez de oxígeno, CO, humo negro o muy oscuro y muy caliente).

Combustión con llama y combustión con brasas. La combustión con llama se desarrolla íntegramente en fase gaseosa, produce calor, luz y gases, y se representa con el tetraedro; los líquidos y gases inflamables arden siempre con llama. La combustión sin llama es la de algunos sólidos (carbono puro y metales fácilmente oxidables), con temperaturas de 1.500 a 2.000 ºC: es la incandescencia, la de las brasas o ascuas, en la que no hay reacción en cadena y por eso se representa con el triángulo. El manual distingue además la combustión latente (oxidación lenta sin luz, que se delata por el calor o el humo y se propaga en combustibles porosos) de la incandescente (sin llama pero con luz visible, en forma de ascuas).

Claves para el examen

• UNE 23026: fuego = combustión con emisión de calor, humo y llama.
• ISO 13943: fuego = combustión deliberada y controlada; incendio = se propaga sin control en el tiempo y el espacio.
• Triángulo: combustible, comburente y energía de activación. Tetraedro: + reacción en cadena.
• Los combustibles arden siempre en fase gaseosa (pirólisis en sólidos, vaporización en líquidos).
• Oxígeno en el aire: 21 % en volumen, 23 % en peso; por debajo del 15 % el fuego suele apagarse.
• Inflamación < ignición (se mantiene sin la fuente) < autoinflamación (sin fuente de ignición).
• Por debajo del LII falta combustible; por encima del LSI falta comburente.
• Acetileno 2,5-81 %; propano 2,2-9,5 %; gasolina 1,5-7,6 % e inflamación a -39 ºC.
• La reacción en cadena solo existe con llama; su velocidad se duplica con 10 ºC más.
• Humo blanco: mucho oxígeno; negro: gran carga térmica y poco oxígeno; amarillo verdoso: cloro.
• Zona externa de la llama: la menos luminosa y la más caliente.
• CO: 260 veces más afín a la hemoglobina que el oxígeno; HCN: almendras amargas.
• Conducción: mejor en sólidos; convección: ascendente, manda en la estrategia; radiación: ondas electromagnéticas.
• Combustión normal: menos de 1 m/s; deflagración: más de 1 m/s y subsónica; detonación: supersónica.
• Brasas (incandescencia): sin llama y sin reacción en cadena, se representa con el triángulo.

Vídeos recomendados

• 👩🏻‍🚒 🔥 CÓMO se produce el FUEGO 🔥❓ - TRIÁNGULO y TETRAEDRO del fuego explicados PASO A PASO
• f2f Física y química del fuego #2, Transmisión de calor, conceptos básicos.
• Teoría del fuego - Oposiciones Bombero MasterD

← Tema 21 · Tema 23 →

📲 Compártelo con tu grupo de la oposición: WhatsApp · Telegram · Copiar enlace