TEORÍA DEL FUEGO

Combustión en un mechero
Combustión en un mechero

Para saber cómo prevenir los incendios, cómo nos podemos proteger ante ellos y cómo realizar su extinción, es imprescindible conocer qué factores son necesarios para que se inicie un fuego y cómo se desarrollan, lo que se llama la teoría del fuego.

 

Un fuego es una reacción química de combustión, una oxidación rápida de una sustancia combustible generando calor (reacción exotérmica) y otras sustancias (gases, aerosoles líquidos como vapor de agua o sólidos como las cenizas y el hollín). Normalmente viene acompañado de luz en forma de llamas o incandescencia. Todo dependerá del tipo de combustible, la cantidad de oxígeno, las características del entorno... 

Reacción de combustión del metano
Reacción de combustión del metano

TRIÁNGULO DEL FUEGO

 

Todo fuego necesita tres elementos indispensables para iniciarse, definimos así el "triángulo del fuego":

Triángulo del fuego
Triángulo del fuego

- COMBUSTIBLE. Es la materia que se quema (se oxida) transformándose en otras sustancias. Por ejemplo: madera, papel, alcohol, butano... Los fuegos se pueden clasificar según el combustible que está ardiendo, puedes verlo en Clases de fuego.

 

COMBURENTE. Es lo que reacciona (oxida) con el combustible generando la combustión. Normalmente será el oxígeno presente en el aire (la atmósfera terrestre contiene un 21% de oxígeno y casi todo lo demás es nitrógeno), pero también puede ser un sólido como los que se usan en pirotecnia para quemar la pólvora de un cohete (nitrato amónico, por ejemplo) o un líquido como el agua oxigenada.

 

Para cada combustible hay un determinado conjunto de mezclas con el aire que pueden arder teniendo así un rango de explosividad o inflamabilidad. Fuera de ese rango la reacción de combustión no se producirá. Si en un recipiente tenemos aire y una chispa y comenzamos a añadir un gas combustible no pasará nada porque habrá muy poca concentración de combustible, pero llegará un momento en que se produzca la combustión siendo ese punto el Límite Inferior de Explosividad (LIE). Al contrario, si tenemos un recipiente lleno de gas inflamable con una chispa y comenzamos a meter aire llegará un momento en que arderá siendo este el Límite Superior de Explosividad (LSE).

 

Rangos de inflamabilidad de algunas sustancias
Rangos de inflamabilidad de algunas sustancias
¿Combustión incompleta o completa?
¿Combustión incompleta o completa?

Aun habiendo disponibilidad de oxígeno, la mayoría de los incendios se desarrollan como una combustión incompleta generando gases inquemados, hollín y monóxido de carbono (gas tóxico que ocasiona la mayoría de fallecimientos en los incendios). Esto es debido a que los combustibles empiezan a arder en su límite de inflamabilidad, pero la concentración necesaria para que la combustión sea completa (concentración estequiométrica) está dentro del rango. Esa concentración es diferente para cada combustible.

 

Solamente se producen combustiones completas en llamas con mezcla previa de los reactivos como ocurre en un soplete, un fogón de cocina, una caldera, en el motor de un coche... Siempre y cuando estén bien regulados los dispositivos, esto es importante para evitar intoxicaciones por generación de CO (tienes más información sobre esto en este artículo).

 

El gas inflamable (metano, butano, propano, acetileno...) se premezcla con el aire antes de arder y así se produce una combustión más eficiente que no genera gases tóxicos ni hollín. Se añade más aire del mínimo necesario (el estequiométrico), entre 1,5 y 3 veces más. Las llamas de premezcla son azules y las otras, llamadas de difusión, son amarillas-naranjas.

Si la concentración de oxígeno presente en el aire desciende la combustión no se produce. El valor mínimo de oxígeno (MOC) depende de cada sustancia inflamable. Por debajo de un 14% de oxígeno la mayoría de sustancias no arde. Esto se utiliza en la industria para evitar incendios en ciertos equipos donde se suele añadir nitrógeno o CO2 y se dice que el equipo está inertizado. Y también se usa para extinguir incendios mediante el método de sofocación.

 

Al contrario, si la concentración de oxígeno es mayor, el rango de inflamabilidad aumenta y la combustión se produce con más energía. Esto se usa en las soldaduras o en el oxicorte donde se mezclan gases inflamables directamente con oxígeno puro para conseguir llamas de gran poder calorífico. Lo puedes ver en el siguiente vídeo donde primero arde el acetileno con el aire (llama de difusión de color naranja y combustión incompleta con generación de inquemados) y luego se premezcla con oxígeno puro (combustión completa con llama de gran energía de color azul).

Soplete para oxicorte con acetileno y oxígeno
Soplete para oxicorte con acetileno y oxígeno
Llama por fuga de gas. Detalle de zona sin combustión. AprendEmergencias
Llama por fuga de gas. Detalle de zona sin combustión. AprendEmergencias

En esta imagen de una fuga incendiada de propano puedes ver otro ejemplo.

 

Hay una zona sin llama, justo a la salida del gas, donde no hay combustión debido a que no le ha dado tiempo a mezclarse con el aire atmosférico. Podríamos taponar la salida del gas con un dedo sin riesgo de quemarnos y así extinguir el fuego. Aunque si funciona la llave de paso, esta sería la primera opción en un caso real.

 

Solamente comienza a arder cuando entra en su rango de inflamabilidad y lo hace de forma incompleta, con llamas naranjas de difusión, ya que no hay una mezcla previa con el aire.

- CALOR.  Este elemento del triángulo del fuego tiene dos componentes: la temperatura del combustible y la energía mínima de ignición.

 

Para que haya llamas en un fuego siempre debe haber gases en concentración suficiente para que la mezcla con el aire esté dentro del rango de inflamabilidad. Por tanto, los sólidos y los líquidos deben transformarse en gas y eso se consigue con una temperatura determinada para cada combustible. Para los sólidos orgánicos se conoce como temperatura de pirólisis (proceso de descomposición química del material por acción del calor) y para los líquidos temperatura de inflamación.

 

Una vez dentro del rango es necesaria una energía para iniciar la reacción que se conoce como energía mínima de ignición (EMI). Según el combustible, esta será más o menos grande. Un gas como el butano solamente necesita la energía de una chispa. Por eso las recomendaciones ante una fuga de gas de no encender ni apagar luces, ni usar el móvil... La energía que provoca una chispa de electricidad estática en nuestro cuerpo también genera energía suficiente para iniciar una combustión, de ahí la importancia de usar ropa y calzado especiales que eviten estas cargas cuando se trabaja en zonas con riesgo de generación de atmósferas explosivas (normativa ATEX) como en una gasolinera.

 

En el siguiente vídeo puedes ver cómo se inicia un incendio por electricidad estática provocada por el empleado cuando iba a limpiar un derrame de líquido inflamable:

 

Esta energía mínima de ignición no es necesaria si la temperatura del combustible es tan elevada que se alcance su temperatura de autoignición. Es lo que suele pasar cuando se nos olvida la sartén calentándose en el fogón y el aceite supera los 300ºC y se autoinflama sin necesidad de una fuente de ignición.

 

 

Controlar las fuentes de calor es el principal método de prevención de incendios. A nivel laboral hay la normativa ATEX hace hincapié en este aspecto. En la tabla siguiente tienes las fuentes de ignición que se evalúan en las empresas:

Fuentes de ignición que se estudian en las empresas para hacer las evaluaciones de riesgo
Fuentes de ignición que se estudian en las empresas para hacer las evaluaciones de riesgo

 

A nivel doméstico, las estadísticas españolas, dicen que las principales causas de incendio en vivienda son los aparatos generadores de calor (estufas, braseros, chimeneas...), la electricidad (sobrecargas, cortocircuitos, falta de mantenimiento, mal uso...) y los despistes con el fuego (velas, cigarrillos...). Si te interesa tienes un artículo entero donde puedes ver los consejos de prevención de incendios en vivienda

TETRAEDRO DEL FUEGO

Tetraedro del fuego
Tetraedro del fuego

Una vez que se ha iniciado el fuego, este puede continuar o puede apagarse, sobre todo en fuegos de sólidos como la madera. ¿Cuántas veces se nos ha apagado la chimenea o la barbacoa? Que el fuego continúe depende de que se produzca lo que se conoce como reacción en cadena que sería el cuarto eslabón del fuego. Tenemos así el "tetraedro del fuego" un concepto que introdujo Walter Haessler en 1961 tras varios ensayos realizados por Arthur Guise.

 

Cuando la cantidad de gases producidos es suficiente el fuego se autoalimenta ya que genera más calor que produce más gases y así sucesivamente. Y no se apaga hasta que se elimine alguno de los tres elementos. Se produce una reacción auto mantenida, como un efecto dominó.

 

La reacción en cadena es un concepto químico-físico complejo que depende principalmente de las características del combustible: composición, estado físico, humedad, tamaño... Está relacionado con la facilidad para producir esos gases combustibles. La madera arde antes si la tenemos seca y en pequeños trozos porque necesita menos temperatura para que empiece la reacción en cadena y además se genera mayor cantidad de gases.

Proceso de quemado de un tronco de madera
Proceso de quemado de un tronco de madera

 

Los sólidos, con el calor, se descomponen emitiendo sustancias volátiles muy reactivas que son las que arden y forman la llama. Este fenómeno se conoce como pirólisis y se da en cualquier materia orgánica (no se da en metales ni en vidrios). Un tronco de madera necesitará mucha energía durante varios minutos para que se generen las sustancias volátiles combustibles suficientes para que se produzca la reacción en cadena. Por eso, para iniciar el fuego en una chimenea, usamos palos pequeños, papel, ramas... que arden fácilmente o pastillas de quemar, alcohol... Pero también existen sólidos muy inflamables como la parafina o el celuloide y arden rápidamente a bajas temperaturas.

 

Como curiosidad, comentar que la pirólisis es lo que usan algunos hornos para poder limpiarlos. A 500ºC pirolizan cualquier resto de comida transformándola en cenizas fáciles de retirar con un paño, pero no se produce un incendio ya que no se alcanza la energía mínima de ignición.

Combustión incandescente
Combustión incandescente

En los sólidos orgánicos se da el fenómeno de la combustión incandescente: es la combustión lenta sin llama. Lo puedes ver en las ascuas o brasas que usamos para asar alimentos, en un cigarrillo o en una barita de incienso. No se produce la reacción en cadena por el agotamiento de las sustancias volátiles, por la falta de calor para generarlas y/o por la falta de oxígeno. 

 

Se vende madera ya pirolizada, como el carbón para las barbacoas, para que no produzcan llama y el calor que generen sea constante y moderado para poder asar la comida de forma más eficaz o para usarlo en calderas, en industrias...

 

Antiguamente el carbón se hacía como puedes ver en la imagen, en un horno de tierra donde la madera sufría una descomposición térmica durante seis días.

Carbonización lenta de madera en horno de tierra
Carbonización lenta de madera en horno de tierra
Alcohol ardiendo
Alcohol ardiendo

 

Los líquidos deben evaporarse para poder arder. Por eso, si están en un recipiente, arden solo en superficie y la llama estará flotando sobre él. Algunos, como el alcohol de quemar, arden lentamente y se usan para cocinar o en los mecheros de laboratorio.

 

Según su temperatura de inflamación o flash point (aquella a la que generan suficientes gases para arder en presencia de una fuente de ignición) serán más o menos peligrosos. Para el gasoil, por ejemplo, esta temperatura está entre 60ºC y 100ºC (según su composición) y para la gasolina es de -39ºC (muy inflamable).

 

Aquellos líquidos que a temperatura ambiente (se toma un valor de 23ºC para la clasificación) ya están preparados para arder (ya que su temperatura de inflamación es menor), se consideran más peligrosos que el resto. Lo puedes ver en Clases de fuego.

Los gases inflamables ya se encuentran listos para arder y con una mínima energía la combustión comienza. Por eso, si tenemos un escape confinado en la cocina (butano o propano normalmente), la mezcla con el oxígeno entra dentro del rango de inflamabilidad y encuentra un punto de energía suficiente, todo el gas arde a la vez produciendo una explosión. Aprende qué debes hacer ante una fuga de gas en vivienda.

Backdraft: deflagración de gases
Backdraft: deflagración de gases

En la imagen puedes ver un fenómeno que se llama backdraft y que puede ocurrir en un incendio en vivienda cuando el oxígeno se agota, los gases producidos por los combustibles se acumulan y, al abrir una puerta o ventana y entrar el aire, arden súbitamente generando una deflagración. Según diferentes parámetros (tipo de local, aperturas, altura, combustible, temperatura...) la explosión tendrá una energía u otra y ocasionará más o menos destrozos. El backdraft es un ejemplo del Límite Superior de Explosividad ya que hay gases acumulados que no arden hasta que no entra el aire suficiente.

 

Aquí tienes dos ejemplos, uno preparado en un contenedor de prácticas y otro en una situación real:


 

Una vez entendida la teoría del fuego te recomiendo que te leas el artículo de las clases de fuego para ampliar conocimientos sobre uno de los parámetros del tetraedro: los combustibles.

 

Y después de ese podrás leer otros artículos muy importantes, aquellos donde se explica qué hacer:

 

- Para prevenir los incendios, minimizar la probabilidad de que ocurran. Lo puedes ver en Prevención.

- Para protegernos si ocurren, minimizar los daños personales y materiales. Lo puedes ver en Protección

- Para apagarlos. Si retiramos cualquier eslabón del tetraedro apagaremos el fuego. Lo puedes ver en Extinción.

Prevención de incendios
Prevención de incendios
Protección ante incendios
Protección ante incendios
Extinción de incendios
Extinción de incendios

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Comentarios: 28
  • #1

    Mariana (sábado, 28 febrero 2015 12:50)

    Me encanto gracias por la informacion! y eso que yo tengo 12 años y estoy en la brigada de Bomberos Colombia,Cali-valle :)

  • #2

    Marco Antonio (viernes, 02 marzo 2018 08:34)

    Esta información es buena y es necesario tener el conocimiento acerca de cómo podemos prepararnos y saber que se debe hacer en una situación inesperada, actualmente trabajo como auxiliar de prevención de activos para una empresa además de que he sido elemento de protección civil y me gusta seguir actualizandome, ojalá pudiera seguir trabajando dentro de protección civil mexico.

  • #3

    ADOLFO CHAVEZ R (sábado, 20 octubre 2018 06:04)

    LOS FELICITO, ESTÁ MUY CLARA LA INFORMACIÓN Y LAS EXPLICACIONES. FÁCIL DE ENTENDER PARA LOS QUE NO CONOCEMOS DEL TEMA. EN HORABUENA.

  • #4

    Vicente Barreto (lunes, 22 octubre 2018 00:51)

    Excelente.
    Gracias
    Saludos

  • #5

    Eduardo Gil (31 de Octubre 2018) 6:36pm (miércoles, 31 octubre 2018 23:27)

    Muchas gracias por tan importante y valiosa expicación.

  • #6

    Percy CN (miércoles, 07 noviembre 2018 14:31)

    Buen articulo de gran ayuda.

  • #7

    Mauricio (domingo, 11 noviembre 2018 06:19)

    Cordial saludo:
    Excelente explicación sobre el Fuego.
    Tengo una pregunta sobre la utilización en atmósferas altamente explosivas, si es posible alguna respuesta, al tener un tanque de almacenamienteo de combustible de una estación de servicio. Internamente hay combustible (Gasolina) líquido y gases del combustible. En teoría, si se sumergiera completamente dicho tanque en agua a temperatura ambiente, no habrá aire en sus alrededores, por lo tanto no habrá oxígeno y/o comburente. Allí, creo, habrá solamente un componente del tetraedro (el gas de la gasolina). Si por cualquier motivo se generara alguna temperatura dentro del rango de ignición...¿podría haber llama o explosión?
    Gracias.

  • #8

    AprendEmergencias (domingo, 11 noviembre 2018 19:18)

    Buenas Mauricio. Es imposible que se produzca un incendio si no se juntan los tres elementos del triángulo del fuego. Aunque haya combustible y energía de activación, la reacción de combustión no se producirá ya que no hay oxígeno. De hecho esta es una forma de prevención de incendios. En España todos los depósitos de las gasolineras están enterrados para minimizar el riesgo de incendio y los puntos conflictivos son los de carga y descarga, donde el combustible entra en contacto con el aire atmosférico. Espero haberte ayudado. Si quieres alguna otra aclaración escríbeme a info@aprendemergencias.es. Saludos

  • #9

    gerardo garcia (sábado, 16 febrero 2019 23:24)

    soy bombero de reynosa tamaulipas su teoria esta muy buena saludos

  • #10

    Gildardo Ríos R. (miércoles, 20 febrero 2019 16:56)

    Excelente forma de exponer lo relacionado con el fuego, muy didactico.
    Gracias

  • #11

    ALBEIRO AGUDELO GRAJALES (domingo, 01 septiembre 2019 18:12)

    ME INTERESA PARA CAPACITACION

  • #12

    Génesis Romero (martes, 17 septiembre 2019 19:01)

    Desde cuando se comenzó a utilizar el tetraedro del fuego . ayúdeme por favor con esta información.
    Gracias..

  • #13

    José Luis Gómez (martes, 01 octubre 2019 20:40)

    Me interesan tomar cursos

  • #14

    AprendEmergencias (miércoles, 09 octubre 2019 18:54)

    Buena pregunta Génesis. Pues no lo sé. Lo he buscado muchas veces y no encuentro ningún estudio a partir del cuál se empezase a usar el término de la reacción en cadena. En varios manuales habla de que hace 30 años en varios estudios se dieron cuenta de que faltaba algo para explicar la continuidad de un incendio y de ahí surgió. Seguiré investigando. Saludos

  • #15

    AprendEmergencias (miércoles, 09 octubre 2019 18:56)

    Buenas José Luis. Por favor escríbeme a info@aprendemergencias.es. Dime de dónde eres y qué tipo de curso quisieras hacer para poder asesorarte. Saludos

  • #16

    AprendEmergencias (lunes, 14 octubre 2019 15:50)

    Encontrado. Fue en 1961 cuando Walter Haessler introdujo el concepto tridimensional del Tetraedro del Fuego tras varios ensayos cuantitativos de supresión de incendios realizados en 1960 por Arthur Guise. Ahí mencionan por primera vez la reacción en cadena. Saludos

  • #17

    JOHN JAIRO MAHECHA (viernes, 29 noviembre 2019 23:32)

    Quiero felicitarlos por esta información tan clara y sus sustanciosa como decimos fue muy útil nos deja una gran enseñanza para colocar en practica cuando la ocacion lo a merite.

  • #18

    Manuel Enriques (viernes, 17 enero 2020 20:33)

    como se forma el fuego

  • #19

    AprendEmergencias (miércoles, 22 enero 2020 13:46)

    Buenas Manuel. A ver si este vídeo te resuelve la duda: https://www.youtube.com/watch?v=SJsAWhcSve4
    Saludos

  • #20

    Abril (jueves, 07 mayo 2020 20:53)

    Hola, tendría unas preguntas sobre el carbon incandescente, ¿Por qué no hace llama? En qué se parece el carbón incandescente con la parte de arriba de la llama de la vela? Hay carbón sólido a la llama?

  • #21

    AprendEmergencias (lunes, 11 mayo 2020 17:04)

    Hola Abril. Como comento en el artículo, un sólido puede dejar de hacer llama porque no tiene el calor suficiente para generar gases de pirólisis, porque no hay suficiente oxígeno o porque ya se han agotado los gases. Al carbón le pasa esto último, ya está totalmente pirolizado y no le quedan gases para quemar y generar la llama. La combustión de una vela es incompleta y lo negro que ves son restos de carbón no quemado, lo que se conoce como hollín. Espero haberte respondido. Saludos

  • #22

    Cesar (martes, 19 mayo 2020 21:31)

    Hola, felicidades por el articulo.
    Tengo una duda.
    Un recipiente de hidroalcohol puede explotar y arder por efecto del calor y luz del sol en el interior de un vehículo?

  • #23

    AprendEmergencias (miércoles, 20 mayo 2020 15:48)

    Buenas César. El hidroalcohol contiene normalmente un 70% de etanol. Es un líquido muy volátil y en su ficha de seguridad nos dicen que lo mantengamos en un recipiente bien cerrado, en zonas ventiladas, por debajo de los 35ºC y alejado de fuentes de ignición. Por lo que tenerlo en el coche no es recomendable. Su punto de autoinflamación está por encima de los 400ºC por lo que solamente con el calor del sol no es suficiente para que se incendie. En el interior de un coche al sol se pueden alcanzar unos 50ºC en esta época y hasta 70ºC en verano. Esa temperatura podría hacer que suba la presión y que el bote se abra o salte el tapón pero nunca se inflamará. Para que arda debe haber una chispa (por fallo eléctrico, por energía estática...) o una llama (al encender un cigarro, por ejemplo) y que se haya alcanzado una mezcla que se encuentre dentro de su rango de inflamabilidad (que está en torno al 2-12%). Si lo llevamos en el coche lo ideal es que vaya en la guantera y asegurarnos que esté bien cerrado para minimizar el riesgo. Saludos

  • #24

    Abril (lunes, 25 mayo 2020 14:36)

    Muchisimas gracias, el articulo esta genial. I es muy útil que sigais respondre do preguntas.
    Un trabajo excel·lente.

  • #25

    Capitán María Córdova (jueves, 16 julio 2020 23:18)

    Saludos excelente contenido muy completa y dinámico ideal para los estudiantes.

  • #26

    Jose (miércoles, 12 agosto 2020 11:59)

    Hola, en el ejemplo de la fuga de la bombona de propano, donde dice: Solamente comienza a arder cuando llega a su límite inferior de inflamabilidad y lo hace de forma incompleta. No sería cuando llega a su límite superior de inflamabilidad?, cerca de la salida el 100% es gas y a medida que se mezcla con el comburente disminuye del 100% hasta entrar en rango por el LSI.

  • #27

    AprendEmergencias (jueves, 13 agosto 2020 13:57)

    Buenas Jose. Pues me pones en duda. Tiene lógica lo que tú comentas. Pero al ser al aire libre es complicado saberlo. Depende de la velocidad de salida, del caudal... Sigo pensando que empieza a arder en su límite inferior pero voy a modificar la frase a "solo comienza a arder cuando entra en su rango de inflamabilidad". Y así no crear confusión. Para el ejemplo es indiferente. Gracias. Saludos

  • #28

    Cesar Teddy Morales (lunes, 23 noviembre 2020 20:23)

    Buenas tardes, me gusta todas las definiciones que das con sus ejemplos y sobre todo el cuadro de las Fuentes de Ignición que es muy importante, gracias.

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