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.

 

Un fuego es una reacción química de combustión, una oxidación rápida de una sustancia generando calor y luz (llamas) y que además puede generar humo y gases cuando la reacción no es completa. 

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). 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 llenar con aire llegará un momento en que arderá siendo este el Límite Superior de Explosividad (LSE).

 

¿Combustión incompleta o completa?
¿Combustión incompleta o completa?

Aún 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 las incendios. Esto es debido a que los combustibles empiezan a arder en su límite inferior de inflamabilidad pero la concentración necesaria para que la combustión sea completa (concentración estequiométrica) está por encima de ese valor.

 

Solamente se producen combustiones completas en llamas con mezcla previa de los reactivos como ocurre en un soplete, un fogón de cocina, una caldera, un calentador de agua... (siempre y cuando estén bien regulados los dispositivos, esto es importante para evitar intoxicaciones, 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. Las llamas de premezcla son azules y las otras, llamadas de difusión, son amarillas-naranjas.

Si la concentración de oxígeno presente desciende del 14%, la combustión no se produce. 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. 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.

Rangos de inflamabilidad de algunas sustancias
Rangos de inflamabilidad de algunas sustancias
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 un ejemplo del rango de inflamabilidad.

 

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 llega a su límite inferior de inflamabilidad y lo hace de forma incompleta, con llamas naranjas de difusión.

- 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 adecuada. Para los sólidos orgánicos se conoce como temperatura de pirólisis que es el proceso de descomposición térmica 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... Esta energía no sería necesaria si la temperatura fuese tan elevada que se alcanzase la temperatura de autoignición.

 

Controlar las fuentes de calor es el principal método de prevención de incendios. A nivel industrial hay una normativa que se llama ATEX que 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".

 

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. Es un concepto químico 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.

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 mucha 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.

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. Es un ejemplo del Límite Superior de Explosividad.

 

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

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Comentarios: 2
  • #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.

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