Modulo Quimica Del Fuego

Academia Nacional de Bomberos TR-1

Unidad Didáctica N° 2

QUÍMICA DEL FUEGO

INTRODUCCIÓN

Objetivos de Capacitación Al finalizar esta lección el participante será capaz de:

1. Citar los 4 estados de la materia.2. Definir densidad relativa de los gases.3. Definir densidad relativa de los líquidos.4. Explicar los conceptos de calor y temperatura.5. Definir el término fuego.6. Explicar las 5 fases del incendio.7. Mencionar los 4 elementos para que se produzca

la combustión.8. Mencionar los 4 productos de la combustión.

Objetivos de Capacitación 9. Identificar los tres métodos de transferencia de

calor.

10.Mencionar los cuatro métodos de extinción del fuego.

11.Explicar los límites de inflamabilidad.

12.Indicar las 5 clases de fuegos que existen.

13.Establecer la diferencia entre líquidos inflamables y líquidos combustibles.

Objetivos de Capacitación

14.Definir los fenómenos del fuego (combustión súbita generalizada, explosión por flujo reverso, rebosamiento de un líquido combustible y explosión de un líquido en ebullición).

15.Explicar la capacidad que tienen las estructuras para transferir calor.

16.Citar los factores que afectan el desarrollo del fuego.

Objetivo de Desempeño

Al finalizar esta unidad didáctica el bombero será capaz:

De identificar mediante un incendio aislado, los fundamentos teóricos para reconocer los factores y fenómenos involucrados durante el proceso de la combustión.

1. MATERIA Y ENERGÍA

MATERIA

ENERGÍAEléctrica

Mecánica

Química

Nuclear

1.1 Clasificación de la Energía

a) ENERGÍA CINÉTICA

b) ENERGÍA POTENCIAL

1.2 Calor y Temperatura

a) Calor

b) Temperatura

2. COMPORTAMIENTO DE MATERIAa) Propiedades Químicas

Cambios y reacciones químicas

b) Propiedades Físicas Color Densidad Dureza Punto Fusión Punto Ebullición Conductividad

c) Tempertura y Presión

2.1 Estado Gaseoso

• Enlace entre las partículas débiles(de poca energía)• Gran capacidad de movilidad y difusión• Tendencia a ocupar todo el espacio

disponible• Pueden expandirse hasta el infinito• Se comprimen con facilidad

Características:

Densidad relativa de los gases

• Es la relación del peso de un gas o vapor que desprende un líquido, con respecto al aire.

• Densidad del aire es 1.

Densidad de vapor = Peso molecular de la sustancia 29 g/mol (Peso molecular del aire)

EjemplosCuadro 1. Densidad relativa de algunos combustibles

Combustible Densidad relativa

Gas Natural 0.6

Gas licuado del petróleo 2.0

Gases de Alcohol 1.6

Gases de Gasolina 3-4

2.2 Estado Líquido

• Enlaces entre las partículas más fuertes• Menos capacidad de movilidad y difusión

limitada a su tensión superficial.• Adquiere la forma del recipiente.• Requiere de un proceso previo para la ignición

(vaporización).• Difíciles de comprimir

Características:

2.2.1 Densidad relativa de los líquidos• Conocida como gravedad específica.• Relación entre su densidad y la densidad

del agua, ambas a la misma temperatura

EjemplosCuadro 2. Gravedades específicas de algunas sustancias

Producto Gamas de la gravedad específica

Petróleos crudos 0.80-0.97

Gasolinas de la aviación 0.70-0.78

Gasolinas del motor 0.71-0.79

Kerosinas 0.78-0.84

Aceites de gas 0.82-0.90

Gasoil 0.82-0.92

Aceites lubricantes 0.85-0.95

Fuel-oil 0.92-0.99

Betunes Asphaltic 1.00-1.10

2.2.2 Coeficiente superficie - volumenCuando se derrama:

Adopta la forma del suelo (plano)Fluye Se acumula en áreas bajas

Coeficiente de superficie – volumen relativamente bajo Al derramarse el coeficiente aumenta Su vaporización es mayor

Cuando está en un recipiente

2.3 Estado Sólido

Enlaces entre partículas muy fuertes. Movilidad de partículas prácticamente nula. Tiene forma propia y definida. Para que un sólido desprenda vapores es

necesario que se de la Pirólisis

Características:

2.3.2 Coeficiente superficie - masa

Indica que mientras la masa del material combustible se distribuya más en superficie, mayor contacto con el aire y la energía calórica tendrá.

2.3.3 Factor de posición real

• Afecta la forma en que arde.• Si está en posición vertical, la expansión del

fuego será rápida • Si esta en posición horizontal la expansión será

más lenta

• Generalmente gaseoso• Es conductor de la electricidad• No suele existir en la naturaleza • Está causada por las elevadas temperaturas

2.4 Estado Plasma

3. DEFINICIÓN DE FUEGO

Reacción química de oxidación – reducción exotérmica, produciéndose llamas y calor, en donde el reductor se denomina “combustible” y el oxidante “comburente”

3.1 Elementos del Tetraedro del Fuego a) Agente reductor (combustible)

Combustibles comerciales Naturales o primarios (sólidos, líquidos , gases) Artificiales o secundarios (sólidos, líquidos , gases)

Combustibles especiales Líquidos Sólidos

b) Agente oxidante (comburente)c) Calord) Reacción Química en cadena

4. Productos de la combustión

• Calor• Humo• Llama• Gases inflamables

5. CLASIFICACIÓN DEL FUEGO

• Fuegos Clase A• Fuegos Clase B• Fuegos Clase C• Fuegos Clase D• Fuegos Clase K

5.1 FUEGOS CLASE A

Clase A: Fuego de materiales combustibles sólidos (madera, tejidos, papel, plásticos). Se extinguen por enfriamiento.

5.2 FUEGOS CLASE B

Clase B: Fuego de líquidos combustibles (pinturas, solventes, hidrocarburos, etc.) se extinguen por sofocación o inhibiendo la reacción química en cadena.

5.3 FUEGOS CLASE C

Clase C: Fuego en equipos eléctricos bajo tensión. El agente extintor no debe ser conductor de electricidad. Una vez desconectado el aparato se puede tratar como un fuego clase A o B.

5.4 FUEGOS CLASE D

Clase D: Fuego en polvos o virutas de aleaciones de metales livianos como aluminio, magnesio, zirconio, potasio, bario, zinc.

5.5 FUEGOS CLASE K

Fuego K:Fuego en aceites animales y vegetales comestibles (grasas animales y o vegetales)

6. Transferencia de calor

Proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.

Definición:

El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

ConducciónConvecciónRadiación

6. Transferencia de calor

El calor se transmite de un lugar a otro de tres maneras diferentes:

6.1 Conducción6.2 Convección6.3 Radiación

6.1 Conducción

Es la forma que tiene el calor para propagarse por los sólidos.

Se debe al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura.

6.2 Convección

• Las moléculas calientes de un líquido o de un gas tienden a elevarse, mientras que las moléculas frías descienden.

6.3 Radiación• Es la transferencia de energía a través del

espacio por medio de ondas electromagnéticas en igual proporción a todas las direcciones.

7. Límites de Inflamabilidad

• Límite de inflamabilidad inferior (LI)• Límite de inflamabilidad superior (LS)

8.Incendio de Compartimento y sus fases del incendio

Definición

8.1 Fases del incendio

8.2 Ignición

• Periodo donde todos los elementos capaces de iniciar el incendio comienzan a interaccionar.

• El incendio es pequeño y generalmente se restringe al material (combustible) que primero se incendia

8.3 Crecimiento • Su crecimiento está en función del combustible

que ha comenzado arder en primer lugar, por la distancia al techo y las paredes del recinto

• La profundidad de la capa de gases comienza entonces a aumentar.

8.4 Combustión súbita generalizada (Flashover)

• Es la transición entre las etapas de crecimiento y de incendio totalmente desarrollado

• La capa de gases calientes que se desarrolla a nivel del techo provocó calor radiante sobre materiales combustibles lejanos al origen del incendio y estos se arden en conjunto.

8.4 Combustión súbita generalizada (Flashover)

8.5 Incendio totalmente desarrollado • Desarrollado ocurre cuando todos los

materiales combustibles en el recinto se encuentran incendiados.

• Están liberando la máxima cantidad de calor posible por las fuentes de ignición disponibles y produciendo grandes cantidades de gases de incendio

8.6 Decrecimiento

• El fuego consume el combustible disponible

• El calor liberado comienza a disminuir

• La temperatura dentro del recinto comienza a descender

9. Factores que afectan el desarrollo de los incendios

a) La altura del techo del compartimiento.b) El tamaño, la composición y la ubicación del

paquete de combustible que se enciende primero.

c) El tamaño, el número y la organización de las aberturas de ventilación.

d) El volumen del compartimiento.e) Las propiedades térmicas de los cierres del

compartimiento.f) La disponibilidad y las ubicaciones de los

paquetes de combustible adicionales

9. Factores que afectan el desarrollo de los incendios

En el centro del Compartimiento

Pegado a un pared del Compartimiento

En una esquina del Compartimiento

10. Teoría de la Extinción

10.1 Reducción de la temperatura

10.2 Supresión del combustible

10.3 Dilución del oxígeno

10.4 Inhibición de la reacción química en cadena

10. Teoría de la Extinción

11. FENÓMENO DE LA COMBUSTIÓN SÚBITA GENERALIZADA (flashover)

Definiciones:

Según la ISO 1990 Según la Fire Research Station (UK 1993) Transición rápida al estado donde todas

las superficies de los materiales contenidos en un compartimiento se ven involucrados en un incendio.

Combustión súbita generalizada (flashover)

Signos del inicio del Flashover

• Repentino crecimiento del calor dentro del compartimiento, particularmente si fuerza a los bomberos a tirarse de rodillas lo más bajo posible.

• Signo de llamas en la capa de gases encima de la cabeza.

• Si la capa de humo desciende rápidamente hacia le suelo y se ve rodar el fuego por le techo.

12. Explosión de flujo reverso (backdraft)

"Incendio rápido o explosivo de los gases calientes que tiene lugar cuando se introduce oxígeno en un edificio que no ha sido ventilado adecuadamente y tiene un suministro deficiente de oxígeno debido al incendio".

Definición:

Las señales que preceden el Back Draft• Humo amarillo o marrón • Humo que emana por agujeros pequeños de las

salidas en soplos• Rastros de hollín • Los cristales de las ventana pueden agrietarse

debido al calor• En la estructura puede haber vibración leve debido

a los diferenciales de presión • El ambiente circundante estará extremadamente

caliente.• Se escuchan silbidos y/o crepitaciones dentro de

la estructura.

Cuadro de comparación entre el Flashover y el Backdraft

DIFERENCIA ENTRE FLASHOVER Y BACKDRAFT

FLASHOVER BACKDRAFT

Fase del incendio fase inicial fase de arder sin llama

Espacio recinto ventilado recinto no ventilado

Agente inductor temperatura ventilación

Calor generado por llamas brasas

Factores fundamentales temperatura ignición energía mínima

ignición

Tipo de llama llama libre No siempre se presenta

Onda de sobrepresión no frecuentemente

Incendio posterior generalizado no necesariamente

13. Rebosamiento en incendios de líquidos combustibles (boil over)

• Expulsión violenta y repentina de una porción o todo el petróleo crudo en el tanque, debido a la ebullición.

• Cuando un tanque de petróleo está encendido, se forma una onda convectiva de calor que desciende aproximadamente a 1 metro por hora.

Definición:

Rebosamiento en incendios de líquidos combustibles (boil over)

• Cuando la onda convectiva de calor entra en contacto con agua decantada, produce una súbita transformación a vapor dando lugar al rebosamiento del contenido del tanque.

Condiciones para que se produzca un Boil Over

• Incendio total de un tanque con voladura del techo.

• Presencia de agua en estratos o capas del combustible o en el fondo del tanque.

• Desarrollo de la onda convectiva de calor, intercambio de capas frías por capas calientes.

14. Explosión de un líquido en ebullición de un recipiente (BLEVE)

• Se refiere a un líquido confinado en un recipiente, el cual es capaz de generar vapores al calentarse. Este es el caso de todos los gases licuados, independientemente de que sean inflamables o no.

Definición:

14. Explosión de un líquido en ebullición de un recipiente (BLEVE)

Condiciones para que se produzca el BLEVE

• Que la fase líquida esté sobrecalentada.• Descenso brusco de presión en la fase

gas.• Que se dan las condiciones de presión y

temperatura para producir una evaporación instantánea de toda la fase líquida.

Consecuencias físicas del BLEVE

a) Sobrepresión por la onda expansiva:

b) Proyección de fragmentos: .

c) Radiación térmica de la bola de fuego

15. Capacidad de la estructura de transmitir el calor

1.Determina la cantidad de calor que se puede concentrar para contribuir a la velocidad de desarrollo del incendio y la que se va a disipar al ambiente exterior.

2.Dos recintos exactamente iguales pero construidos en materiales diferentes, van a adoptar valores diferentes por la composición de los materiales de construcción.

16. Líquidos inflamables y combustibles

1. Líquidos Inflamables: Son los que tienen el punto de inflamación inferior a 37.8 °C.

2. Líquidos Combustibles:Son los que tienen el punto de inflamación superior a 37.8 °

17. Materiales combustibles e incombustibles

• “Combustible” es toda sustancia que bajo ciertas condiciones es capaz de arder.

Son combustibles los aislantes sintéticos, mezcla de elementos orgánicos (derivados del petróleo generalmente) y un agente espumante.

• Son incombustibles los aislantes que emplean minerales naturales (lanas vidrio o roca, arcilla expandida, etc.)

• Los materiales incombustibles son capaces de arder dependiendo de la temperatura y el tiempo de exposición al fuego.

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