Sumario: Caso práctico para entender la ignición, combustión y extinción. Calentamiento inicial por radiación. Descomposición química de la madera. La ignición. Llamas difusoras. Intensidad de la pirólisis. Los vapores combustibles. La inercia térmica. Radiación de la llama. Manual de química para bomberos.
Summary: Practical case to understand ignition, combustion and extinction. Initial heating by radiation. Chemical decomposition of wood. The ignition. diffuser flames. Pyrolysis intensity. Combustible vapors. thermal inertia. flame radiation. Chemistry manual for firefighters.
LA IGNICIÓN Y COMBUSTIÓN
"Curso online de química del fuego"
Ejemplo práctico para comprender la ignición y combustión
Para describir los distintos fenómenos físicos y químicos existentes en los incendios, analizaremos en primer lugar la ignición, combustión y eventual extinción de un tablón de madera en una situación típica, por ejemplo una chimenea.
1. Calentamiento inicial por radiación
Hay que suponer que el tablón experimenta un calentamiento inicial por radiación.
Conforme la temperatura superficial se va aproximando a la temperatura de ebullición del agua, la madera empieza a desprender gases, principalmente vapor de agua.
Estos gases iniciales tienen muy poco, o nulo vapor combustible, pero al incrementarse la temperatura y sobrepasar la de ebullición del agua, el proceso de "desecación" avanza hacia el interior de la madera.
2. Descomposición química de la materia
Al continuar el calentamiento y acercarse la temperatura a 300ºC se aprecia una modificación de color, visualización de la pirólisis que se inicia, es decir, la descomposición química que sufre la materia por efecto del calor.
Al pirolizarse la madera, desprende gases combustibles y deja un residuo carbonoso negro, denominado carbón vegetal.
La pirólisis profundiza en el tablón de madera a medida que el calor continúa actuando.
3. Ignición
Inmediatamente después de comenzar la pirólisis activa, la madera produce rápidamente suficientes gases combustibles como para alimentar una combustión en fase gaseosa.
Sin embargo, para que surja la combustión hace falta una llama que la provoque o algún foco que produzca moléculas químicamente activas en cantidad suficiente para alcanzar la ignición provocada.
Si no existe este agente provocador, la superficie de la madera a menudo necesita alcanzar temperaturas mucho más elevadas para que aparezca la auto ignición.
4. Llamas difusoras
Una vez producida la ignición, una llama difusora cubre rápidamente toda la superficie pirolizada. La llama difusora evita el contacto directo entre la superficie pirolizada y el oxígeno.
Entre tanto, la llama calienta la superficie del tablón y produce un aumento en la velocidad de la pirólisis.
Si retiramos el foco original que proporciona el calor radiante al producirse la ignición, la combustión continúa siempre que el tablón de madera sea bastante delgado.
En caso contrario, las llamas se apagan porque la superficie del tablón pierde demasiado calor por radiación térmica y por conducción hacia el interior.
Si existe una superficie de madera (o material aislante) paralela y contigua situada frente al tablón inflamado, puede captar y devolver gran parte de la pérdida de radiación superficial, de modo que el tablón inflamado continúe ardiendo aunque retiremos el foco inicial de calor.
Lo dicho anteriormente explica por qué no podemos quemar un solo tronco en la chimenea, sino varios capaces de captar las pérdidas de calor radiante unos de los otros.
5. Intensidad de la pirólisis
El grosor de la capa carbonizada aumenta al continuar la combustión.
Dicha capa, que posee buenas propiedades de aislante térmico, limita el caudal de calor que penetra hacia el interior de la madera y, por lo tanto, tiende a reducir la intensidad de la pirólisis, la cual disminuye también al agotarse el volumen de madera sin pirolizar.
Al disminuir la intensidad de la pirólisis hasta que no puede mantener la combustión de la fase gaseosa, el oxígeno del aire entra en contacto directo con la capa carbonizada y facilita que continúe directamente la combustión incandescente si las pérdidas de calor radiante no son demasiado elevadas.
6. Vapores combustibles
El análisis anterior presupone un caudal de aire (oxidante) abundante (pero no excesivo) para alimentar la combustión.
Si el caudal de oxidante no es suficiente para quemar el vapor combustible existente, los vapores sobrantes se desplazarán con él, y probablemente arderán cuando encuentren una cantidad suficiente de oxidante.
Este es el fenómeno que sucede cuando los vapores combustibles descargan por una ventana y arden en el exterior de una habitación completamente incendiada pero insuficientemente ventilada.
Generalmente, los fuegos con poca ventilación generan grandes cantidades de humo y productos tóxicos (por ejemplo, monóxido de carbono).
Si, por otra parte, sometemos la superficie pirolizada a un chorro de aire a presión, el caudal oxidante puede superar la cantidad necesaria para quemar completamente los vapores combustibles.
En tal caso, el exceso de oxidante puede enfriar las llamas hasta suprimir la reacción química y extinguirlas.
7. Inercia térmica
Una vez inflamada cierta parte del tablón de madera, las llamas probablemente se extenderán a la totalidad del material.
Cabe considerar la propagación de la llama como una sucesión continua de ignición provocada en que las propias llamas proporcionan el foco de calor.
Es fácil observar que la propagación ascendente de las llamas es mucho más rápida que en el sentido descendente u horizontal.
Ello es debido a que el calor de las llamas se desplaza normalmente hacia arriba, y proporcionan calor a una zona mucho mayor en sentido ascendente. Por tanto, cada sucesiva ignición ascendente agrega al fuego un volumen ardiente mucho mayor que en cualquier otra dirección.
Generalmente, los materiales capaces de inflamarse fácilmente (con rapidez) también propagan rápidamente las llamas.
La inflamabilidad de un material depende de su resistencia al calentamiento (inercia térmica) y del aumento necesario de la temperatura para que comience la pirolización.
Los materiales que poseen inercia térmica baja, como por ejemplo las espumas de material plástico o la madera de balsa, se calientan rápidamente al someterlos a un flujo térmico determinado. Estos materiales con frecuencia pueden inflamarse fácilmente y originar una propagación mucho más rápida de las llamas.
Por otra parte, los materiales densos (la madera de ébano entre otros) suelen tener inercias térmicas relativamente elevadas y la ignición es difícil.
8. Radiación de la llama
Las velocidades de combustión de los mayores y más peligrosos incendios están fundamentalmente controladas por la transmisión de calor radiante desde las llamas a la superficie combustible en fase de pirolisis.
Esta radiación de la llama procede principalmente de las partículas incandescentes de hollín.
Los combustibles que tienden a producir abundantes cantidades de hollín o humo (caso del poliestireno) tienden también a intensificar los fuegos, a pesar de que los vapores del combustible se queman de forma menos completa, como lo demuestra la mayor cantidad de humo generada.
