🔥 Tema 23: La materia y la teoría del fuego

Consorci Provincial de Bombers de València (Consorcio para el Servicio de Prevención, Extinción de Incendios y Salvamento de la Provincia de València) · Bombero/a conductor/a

Resumen

Tema 12 de conocimientos específicos del anexo II del Decreto 163/2019 (23 en la web). Es la base de todo lo que viene después: si entiendes qué arde, cómo arde y cómo se mueve el calor, las técnicas de extinción y los fenómenos de interior se explican solos. La fuente principal es el Manual de incendios del CEIS Guadalajara y el Grupo Tragsa (parte 1, Teoría del fuego), completado con el manual de química de Bombers de la Generalitat para los estados de la materia. La materia está formada por moléculas y estas por átomos, con un núcleo de protones (carga positiva) y neutrones (sin carga) y electrones (carga negativa) alrededor; el número de protones es el número atómico. Hay sustancias simples o elementos y compuestas o compuestos, que se escriben con su fórmula: H2O, butano C4H10. Y el aire que respiramos, el comburente habitual, lleva en volumen un 21 % de oxígeno y un 78-79 % de nitrógeno.

Estados y cambios de estado. Un sólido tiene forma y volumen propios; un líquido, volumen propio pero adopta la forma del recipiente; un gas no tiene ni forma ni volumen y ocupa todo el espacio disponible. Los cambios progresivos absorben calor: fusión (sólido a líquido), vaporización (líquido a gas, que puede ser evaporación, lenta y a cualquier temperatura, o ebullición, en toda la masa a su temperatura de ebullición) y sublimación (sólido a gas sin pasar por líquido). Los regresivos desprenden calor: solidificación, condensación o licuefacción (gas a líquido, como en los gases licuados del petróleo) y sublimación regresiva o inversa. El calor también dilata los cuerpos, con la excepción famosa del agua, que se dilata al enfriarse de 4 °C a 0 °C. Recuerda la diferencia: el calor es energía que pasa de un cuerpo a otro por diferencia de temperatura, y la temperatura mide el grado térmico; 1 caloría son 4,18 julios y K = °C + 273,15.

Química y física del incendio. Una reacción física cambia el estado pero no la sustancia (hielo a vapor); una química transforma los reactivos en productos distintos; una nuclear cambia el núcleo del átomo. El fuego es una reacción redox fuertemente exotérmica: el combustible es el reductor, que cede electrones y se oxida, y el comburente el oxidante, que los capta y se reduce. 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, controlado, del incendio, que se propaga sin control en el tiempo y en el espacio. Un dato clave: lo que arde siempre son gases o vapores; los líquidos arden por los vapores que desprenden al calentarse y los sólidos por los gases que liberan en la pirólisis, que es la descomposición química por el calor sin reacción con el oxígeno.

Tipos de combustión. Por su forma, el manual separa la combustión con llama (en fase gaseosa, representada con el tetraedro), la latente (oxidación lenta sin luz visible, delatada por calor o humo, típica de combustibles porosos), la incandescente (sin llama pero con emisión de luz: las brasas) y la espontánea (sin aporte de calor externo). Por velocidad: lenta u oxidación (el hierro que se oxida), normal o viva, con llama y frente de menos de 1 m/s, e instantánea, que es la explosión. Por el oxígeno disponible: completa, con suficiente aire, que da CO2 y agua y humo blanco o gris pálido; e incompleta, con falta de oxígeno, que da CO, hollín y humo negro o muy oscuro. Propiedades de los combustibles: punto de inflamación (temperatura mínima a la que desprende vapores que se inflaman con una fuente de ignición), punto de ignición o de incendio (unos grados más, la llama se mantiene al retirar la fuente) y punto de autoinflamación (arde sin fuente de ignición). Límites de inflamabilidad: por debajo del LII la mezcla es pobre en combustible, por encima del LSI le falta comburente; metano 5-15 %, propano 2,2-9,5 %, butano 1,8-8,4 %.

Clasificación de los fuegos según la norma UNE-EN 2, la que cita el RIPCI: clase A, sólidos, generalmente orgánicos, que forman brasas (madera, papel, tejidos); clase B, líquidos o sólidos licuables (gasolina, alcohol, ceras, parafinas); clase C, gases (butano, propano, gas natural, acetileno); clase D, metales (magnesio, sodio, potasio, aluminio en polvo), en los que el agua está prohibida en casi todos los casos; y clase F, aceites y grasas de cocina en los aparatos de cocina, que equivale a la clase K americana. La antigua clase E de fuegos eléctricos ya no existe, porque la electricidad no es un combustible: si se corta la tensión, manda el combustible que arde. El manual añade otras clasificaciones: por la forma del foco (plano, vertical, alimentado), por la superficie en incendios forestales y por su magnitud (conato, parcial y total).

Triángulo y tetraedro. Para que haya fuego hacen falta combustible, comburente y energía de activación (el triángulo); si se quita uno de los lados, no empieza o se apaga. Para explicar que la combustión con llama se automantenga y se propague se añade un cuarto elemento, la reacción en cadena, y el triángulo pasa a tetraedro; por eso los agentes que capturan los radicales libres (polvo químico, halones) apagan por inhibición, aunque no sirven para las brasas, que no tienen reacción en cadena. Con carácter general, por debajo del 15 % de oxígeno el fuego se apaga. La energía de activación puede tener origen químico, mecánico (roces, choques), eléctrico, térmico, biológico (fermentación) o natural (rayos). Los agentes pasivos (nitrógeno, CO2, vapor de agua, hollín) no reaccionan pero roban calor y modifican el fuego.

Transmisión del calor. Conducción: por contacto molecular, sobre todo en sólidos; necesita materia, así que en el vacío no hay conducción, y se transmite mejor en sólidos que en líquidos y en estos mejor que en gases. Convección: propia de líquidos y gases, que al calentarse se dilatan, pierden densidad y suben; es la responsable de que el humo y los gases calientes busquen cualquier resquicio, de que el fuego suba por las pendientes y de que arrastre pavesas. Radiación: ondas electromagnéticas, sobre todo infrarrojas, que viajan en línea recta y no necesitan medio material, como el calor del sol o el que notamos frente a una llama. El manual resume la evolución del incendio en cuatro fases: inicio, desarrollo, propagación y extinción.

Productos de la combustión y explosiones. Los productos son humo, llamas, calor y gases. El humo es el principal factor de riesgo: irrita, quita visibilidad y puede ser inflamable; el blanco indica combustión libre con mucho oxígeno y vapor de agua, el negro fuegos con poco oxígeno y derivados del petróleo, plásticos o cauchos. Entre los gases: CO, incoloro e inodoro, producto de la combustión incompleta, que se une a la hemoglobina formando carboxihemoglobina; CO2, asfixiante, 1,5 veces más pesado que el aire; HCN, con olor a almendras amargas, que bloquea la respiración celular; H2S, olor a huevos podridos que deja de percibirse hacia los 100 ppm; y fosgeno, del PVC o de refrigerantes clorados. Una explosión es la liberación súbita de gas a alta presión que se disipa en onda de choque: si el frente avanza a más de 1 m/s pero por debajo de la velocidad del sonido es una deflagración (sobrepresiones de 5 a 10 veces la inicial); si es sónico o supersónico, una detonación, con onda de choque y sobrepresiones de 20 a 40 veces o más.

Lo que más cae: definición de fuego (UNE 23026), pirólisis, los tres puntos (inflamación, ignición, autoinflamación), LII y LSI, clases A, B, C, D y F de la EN 2, triángulo y tetraedro, conducción, convección y radiación, colores del humo, CO y HCN, y la frontera de 1 m/s y de la velocidad del sonido entre combustión, deflagración y detonación.

Claves para el examen

• El número atómico es el número de protones del núcleo.
• Sólido: forma y volumen propios; líquido: volumen propio, sin forma; gas: ni forma ni volumen.
• Progresivos (absorben calor): fusión, vaporización, sublimación. Regresivos (desprenden calor): solidificación, condensación, sublimación inversa.
• UNE 23026: fuego es una combustión con emisión de calor, humo y llamas.
• Combustible = reductor (se oxida); comburente = oxidante (se reduce).
• Pirólisis: descomposición química por el calor sin reacción con el oxígeno; lo que arde son gases.
• Punto de inflamación < punto de ignición (la llama se mantiene) < punto de autoinflamación (sin fuente).
• Debajo del LII falta combustible; encima del LSI falta comburente. Metano 5-15 %.
• EN 2: A sólidos con brasa, B líquidos y sólidos licuables, C gases, D metales, F aceites de cocina. La clase E ya no existe.
• Tetraedro = triángulo + reacción en cadena; la inhibición no sirve para brasas.
• Por debajo del 15 % de oxígeno, en general, el fuego se apaga.
• Conducción no hay en el vacío; la radiación sí viaja por él; la convección sube con los fluidos calientes.
• Humo blanco: mucho oxígeno y vapor de agua. Humo negro: poco oxígeno y derivados del petróleo.
• CO forma carboxihemoglobina; HCN huele a almendras amargas; H2S a huevos podridos.
• Deflagración: más de 1 m/s y subsónica. Detonación: sónica o supersónica, con onda de choque.

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