Sumario: Ventilación del fuego. Temperaturas de las llamas. Velocidad de emisión de humo. Propiedades de inflamabilidad: Calor de combustión; Oxidante estequiométrico; Calor de gasificación; Inflamabilidad provocada; Formación de carbón; Formación de hollín; Inhibidores; Fusión; Toxicidad; Geometría. Principios de inflamabilidad.
Summary: Ventilation of the fire. flame temperatures. Smoke emission rate. Flammability Properties: Heat of Combustion; Stoichiometric oxidant; gasification heat; Caused flammability; coal formation; soot formation; inhibitors; Fusion; Toxicity; Geometry. Principles of flammability.
LA INFLAMABILIDAD DE COMBUSTIBLES
"Curso online de Química del Fuego"
Los fuegos con ventilación deficiente liberan abundante cantidad de humo y gases de la combustión incompleta, tales como monóxido de carbono. Los vapores del combustible no disponen de aire suficiente para su combustión completa antes de enfriarse y abandonar la zona.
Los fuegos que se producen en atmósferas ricas en oxígeno alcanzan mayores temperaturas de llama, incrementan la fracción de calor liberado por radiación y aumentan las velocidades de combustión por unidad de superficie combustible.
Las mayores temperaturas de llama, generalmente, causan una mayor transformación de vapores en hollín, aumentando significativamente la velocidad de emisión de humo.
- Por ejemplo, un fuego de metanol, bien ventilado, arde con una típica llama azul (carencia de hollín) en aire normal. Sin embargo, en una atmósfera rica en oxígeno, la llama podría ser humeante y muy luminosa. Esta sensibilidad a la concentración de oxígeno ambiental aumenta significativamente la radiación de la llama, la velocidad de combustión y el consiguiente riesgo.
Propiedades de inflamabilidad de combustibles sólidos y líquidos de alto punto de inflamación
Podemos resumir lo dicho anteriormente citando las propiedades de los combustibles que contribuyen a la peligrosidad del fuego en situaciones típicas de incendio:
• Calor de combustión: Es la cantidad máxima de calor liberado por la combustión completa de una unidad de masa de material combustible.
• Oxidante estequiométrico: Cantidad de oxidante necesaria para la combustión completa de una masa unidad de combustible. Los combustibles que necesitan grandes cantidades estequiométricas de oxidante, a menudo producen llamas de gran altura que representan un peligro mayor de propagación del fuego.
La necesidad estequiométrica de oxidante de los combustibles usuales (orgánicos) es aproximadamente proporcional a su calor de combustión, de modo que todos los combustibles orgánicos producen mas o menos la misma cantidad de calor por unidad de masa de oxidante consumido.
• Calor de gasificación: Es la cantidad de calor necesario para vaporizar la unidad de masa de combustible, cuya temperatura inicial es la del ambiente.
Este valor es muy importante, dado que determina la cantidad de vapor combustible aportado a un fuego en función de la cantidad de calor suministrado a la superficie pirolizada. A veces, el riesgo de incendio de los materiales plásticos puede disminuirse agregando cargas inertes que aumenten el calor necesario para la gasificación.
• Inflamabilidad (provocada): Esta propiedad es inversamente proporcional al tiempo que necesita un flujo calorífico aplicado a un material dado para elevar su temperatura superficial hasta su temperatura de ignición provocada. Este valor es importante tanto para la ignición como para a propagación del fuego.
• Formación de carbón: EI carbón es un residuo negro. Algunos materiales como la madera y los termopolímeros forman una capa de carbón durante la pirolisis.
Las propiedades aislantes de dicha capa pueden ser muy eficaces para reducir la velocidad de combustión, al limitar el calor que llega al material sin pirolizar.
Las pinturas producen algo parecido a una capa de carbón, abombándose y formando una capa protectora aislante cuando se calientan.
Los termoplásticos, como el polietileno, no forman carbón sino que se reblandecen y se funden.
• Formación de hollín: El hollín está formado por pequeñas partículas carbonosas sólidas que se forman como consecuencia de la combustión incompleta y de la pirólisis, sobre todo en las regiones con más combustible, cerca de la llama.
Los combustibles cuyas llamas producen cantidades importantes de hollín son generalmente más peligrosos, porque éste aumenta la radiación de la llama, que influye a su vez sobre la velocidad de la combustión. El también fuente de humo que sale de la llama y puede hacer que el humo se difunda hasta puntos muy alejados del incendio.
• Inhibidores: Las pequeñas cantidades de inhibidores químicos agregados al combustible u oxidante pueden impedir las reacciones en fase gaseosa.
Estos inhibidores pueden retrasar eficazmente la ignición y propagación de las llamas en los incendios pequeños.
También es posible inhibir las llamas agregando aditivos a los combustibles sólidos para fomentar su carbonización o para producir mayores concentraciones de vapor de agua en los gases de pirólisis, o ambas cosas a la vez.
• Fusión: Los combustibles que funden resultan a menudo más peligrosos, porque los materiales fundidos pueden aumentar la superficie de pirólisis. Además, el material fundido puede constituir un peligro en sí mismo.
• Toxicidad: Generalmente, el tóxico más importante que produce el fuego es el monóxido de carbono.
Se encuentra presente en los gases de la pirólisis y en los productos de la combustión incompleta (sin oxidar totalmente).
Algunos materiales, sobre todo los que contienen elementos distintos al C, H y O (por ejemplo, el cloruro de polivinilo o el poliuretano) pueden producir otros componentes tóxicos.
• Geometría: Por último, aunque no por eso menos importante, la geometría de un material influye mucho sobre su posibilidad de inflamación.
Los materiales de poco grosor suelen inflamarse generalmente con mayor facilidad y la propagación de las llamas es más rápida (además, en sentido ascendente).
Finalmente, las distribuciones geométricas que permiten la entrada de aire abundante (oxidante), aunque impiden las pérdidas de calor radiante generalmente resultan más peligrosas.
Principios de inflamabilidad
Para resumir, citamos a continuación los principios fundamentales de la ciencia de protección contra incendios:
1. Para que surja la combustión, necesitamos un agente oxidante, un material combustible y un foco de ignición.
2. Para inflamar o permitir la propagación de la llama, hay que calentar el material combustible hasta su temperatura de ignición provocada.
3. La combustión posterior depende del calor que las llamas devuelven al combustible pirolizado o vaporizado.
4. La combustión continuará hasta que:
- Se consuma el material combustible, o
- la concentración del producto oxidante descienda por debajo de la necesaria para permitir la combustión, o
- haya suficiente calor eliminado o alejado del material combustible como para impedir que continúe la pirólisis del combustible, o
- la utilización de productos químicos que inhiba las llamas, o la temperatura de las mismas, descienda hasta un valor suficiente para impedir reacciones posteriores.
