Física y Química del fuego.
En este blog nos referiremos a algunas definiciones básicas que nos servirán para
conocer en más detalle las reacciones físico-químicas del fuego.
Combustión
La combustión es una reacción exotérmica (libera energía calórica) que involucra a un
combustible (sólido, líquido o gaseoso).
El proceso obedece a una reacción de oxidación, en la cual se necesita la presencia de
un combustible y un agente oxidante. El agente oxidante más común lo constituye el oxígeno atmosférico que se encuentra presente en el aire en una proporción del 21%. Los
combustibles incluyen diversos materiales que debido a sus propiedades químicas, pueden
oxidarse para producir compuestos más estables que los mismos reactivos, como ser el dióxido de carbono, agua y liberación de calor.
Ignición y proceso de combustión
Se entiende por ignición al proceso por el cual se inicia la combustión. La ignición puede ser provocada, por ejemplo, cuando se acerca una llama o chispa a la mezcla de aire/combustible o bien espontánea cuando se alcanza una temperatura límite, en cuyo caso
se habla de punto o temperatura de auto ignición.
Para que el proceso de combustión se convierta en sostenido, las moléculas de oxígeno y combustible deben alcanzar un estado activado que resultan en la formación de partículas
altamente reactivas denominadas radicales libres; estas inician reacciones rápidas en cadena que convierten al combustible y al oxígeno en productos de combustión, con
la consecuente liberación de energía calórica.
Una vez que ha ocurrido la ignición, la combustión durará hasta que todo el combustible u oxidante se haya consumido, o hasta que la llama se haya extinguido.
Para combustibles líquidos y sólidos, la ignición de la llama ocurre cuando se alcanza un estado gaseoso que se logra con el suministro de calor, creando así una fase de vapor y
aire en la superficie del combustible.
Triángulo y tetraedro del fuego
A los fines de graficar el proceso de combustión en general se recurre al triángulo y tetraedro del fuego. El triángulo asocia al fuego con los elementos físicos que lo componen, así tenemos representada la vinculación del fuego con el combustible, el oxígeno y el calor
El tetraedro en cambio introduce la variable química del proceso de reacción en cadena que produce la combustión.
Límites de inflamabilidad
Los límites de inflamabilidad definen los rangos de concentraciones en los cuales un gas inflamable en presencia del aire y de una fuente de ignición arderá. Cuando la temperatura
de la mezcla aumenta el rango se amplía y al enfriarse se reduce.
Explosiones y velocidad de propagación de un incendio
Las explosiones ocurren cuando previamente a la ignición, se permite la mezcla íntima entre el combustible y el oxidante dentro de los límites de inflamabilidad. Como resultado
de esto se sucede una reacción de combustión instantánea. En la generalidad de los incendios sucede que el combustible y el oxidante no se encuentran pre-mezclados con
lo cual la llama comienza con un flujo laminar, es decir con una velocidad predecible de propagación que depende de la transferencia de calor al combustible que aún no está ardiendo, del aporte de combustible y de la cantidad de oxígeno disponible.
Calor y temperatura
La física entiende el calor como una forma de energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro, vinculadas con el movimiento de átomos, moléculas y otras partículas. Es importante tener en cuenta que los cuerpos no tienen calor sino energía interna. El calor es la transferencia de una parte de dicha energía (la energía térmica). La cuantificación de calor se corresponderá entonces con unidades energéticas como ser el Joule, Watt,
caloría, etc
La temperatura en cambio es una magnitud física que expresa el nivel de calor que tiene un cuerpo o sistema y su capacidad de recibir o entregar calor.
La forma de medir la temperatura es con termómetros en diversidad de escalas que se corresponden con grados (Centígrados, Fahrenheit, etc.). El calor viaja siempre de altas a bajas temperaturas, hasta que ambos cuerpos logran el equilibrio térmico, es decir, se sitúan a la misma temperatura.
Transferencia del calor
La transferencia del calor está vigente en todas las etapas de un incendio, vale decir desde su comienzo hasta su extinción. La transmisión del calor se da a través de una o la combinación de 3 posibles vías:
- Radiación
- Conducción
- Convección
Generación de calor
Dado que la prevención, control y extinción de un incendio depende directamente del control del calor, es útil saber cuales son las fuentes de emisión de dicha energía o también
denominadas fuentes de ignición.
Hay 4 fuentes de ignición posibles y estas son:
- Energia Quimica
- Energia Electrica
- Energia Mecanica
- Energia Nuclear
Resumen
Los principios de la protección y extinción de incendios se basan en:
- Un agente oxidante (el oxígeno del aire), un combustible (sólido, líquido o gaseoso)
y la existencia de una fuente de ignición (o la presencia de las condiciones
para la auto ignición) son esenciales para alcanzar la combustión. El
material combustible debe alcanzar su temperatura de ignición primero para
arder y luego para sostener la propagación de las llamas. - Entender como se generan y transfieren el calor y las llamas son factores determinantes
para la prevención, control y extinción de incendios. - La combustión durará hasta que suceda uno de los siguientes casos.
- Se haya agotado el material combustible.
- La disponibilidad del agente oxidante disminuya por debajo del límite necesario
para sostener la combustión. - Se haya enfriado o prevenido que el calor alcance al material combustible
- Se actúe sobre las llamas, inhibiendo la reacción en cadena que ocurre en
ellas por medio de un proceso químico o bien enfriándolas.
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