Tema del curso Operaciones en Emergencias para bomberos. Módulo Incendios Industriales. Incendios industriales de madera y derivados. Tipología de los incendios industriales y sus riesgos. Industria de primera y segunda transformación de madera. Elementos principales de la madera y su ignición. Comportamiento de la madera ante el fuego. Teoría de la combustión de la madera. Proceso de combustión de la madera. Tratamiento contra el fuego en la madera. Mejoras en la reacción al fuego en la madera. Extinción de incendios en industrias de madera.
Emergency Operations Course for firefighters. Industrial Fire Module. Industrial fires of wood and derivatives. Typology of industrial fires and their risks. Behavior of wood before fire. Theory of combustion of wood. Wood combustion process. Firefighting in wood industries.
CURSO DE OPERACIONES EN EMERGENCIAS BOMBEROS
MÓDULO CURSO INCENDIOS INDUSTRIALES
INCENDIOS EN INDUSTRIAS DE MADERA Y AFINES
TIPOLOGÍA DE LOS INCENDIOS INDUSTRIALES Y SUS RIESGOS
Como se ha podido apreciar en todo lo dicho hasta aquí, existe una gran variedad de edificios industriales, en lo que a tipo, materiales, seguridad, procesos, etc. refiere.
Si deseamos establecer una tipología útil de incendios industriales de cara a la intervención, será preciso el pensar en establecer una clasificación que tenga en cuenta los riesgos derivados de:
- Los almacenamientos (producto terminado y almacenado).
- Materias primas (variedad y cantidad de productos utilizados para la producción).
- Procesos de producción ( maquinas, combustibles, procedimientos a altas temperaturas, combinaciones o mezclas químicas, etc.).
Teniendo en cuenta los parámetros relatados, estableceremos 10 grupos que si bien no incluyen el total de sectores e industrias, puede ser de utilidad de cara a una posible intervención:
- Sector madera y afines.
- Industria del papel.
- Fibras y productos textiles.
- Industria química.
- Líquidos inflamables.
- Fabricación de plásticos y/gomas.
- Metales.
- Congelados y similares.
- Alimentación.
- Otros.
1. INCENDIOS INDUSTRIALES EN EL SECTOR MADERA Y AFINES
Además de las empresas dedicadas a madera sólida o tablones (serrerías y otras), encontramos una gran cantidad y variedad de industrias que utilizan la madera como materia prima:
ー Derivados de la madera (contrachapados y laminados), los cuales se obtienen pegando con adhesivo finas hojas de madera (chapas) sobre aglomerados de hebras, astillas fibras o partículas, pegadas y prensadas con adhesivos (hebras orientadas THO, fibra de densidad media FDM, DM, etc..), son utilizados en la fabricación de mobiliario y otros enseres, de forma muy generalizada.
La cantidad de productos fabricados a partir de la madera y sus derivados es inmensa. A veces resulta difícil separar claramente los que se obtienen a partir de la madera, papel o celulosa.
Industria de primera y segunda transformación de la madera
• La industria de primera transformación de la madera es aquella en la que, partiendo de la madera en rollo, se obtiene un producto de madera con valor comercial pero que no tiene un uso directamente consumible por lo que para obtener el producto final se necesitaría una segunda transformación.
• Por tanto, la segunda transformación de la madera englobaría aquellas industrias que se dedican a obtener, a partir de la madera de primera transformación, el producto final que puedes vender directamente al consumidor.
- Por poner un ejemplo, en el proceso de producción de embalajes, la primera transformación sería la obtención de las tablas de madera, los tacos, los listones, los tableros, etc., y la segunda transformación sería el montaje propiamente dicho, es decir la obtención del embalaje o palet completo y funcional.
Esta es una clasificación amplia que da lugar a algunas ambigüedades, ya que existen ocasiones en las que se vende madera de primera transformación a consumidor final generándose estados intermedios que no llegan a encajar en un grupo.
Aún así nos sirve para definir de manera aproximada dos grupos diferenciados:
- En la industria de madera de primera transformación encontraríamos la madera aserrada, los tableros contrachapados, de partículas o de fibras y las chapas de madera.
- En la industria de madera de segunda transformación se englobaría la carpintería fina y la ebanistería, los embalajes, la carpintería de armar, las traviesas, los postes y apeas, la madera laminada, las puertas y ventanas, etc.
Elementos principales de la madera y su ignición
Los elementos principales de la madera son el Carbono, El Hidrógeno y Oxígeno, el Nitrógeno y otros (el 50% de la madera es celulosa).
- ー Si bien el riesgo principal de producirse un incendio lo comporta la propia materia prima como tal, no debemos olvidar otro tipo de compuestos que se utilizan en la fabricación como adhesivos, colas, barnices, etc.ー
La ignición de estos combustibles sólidos (madera), requiere por lo general un contacto prolongado con un foco de calor, no siendo fácil su ignición por chispas, roces u otros breves.
En la mayor parte de incendios donde intervienen combustibles sólidos, existe un margen de tiempo entre la ignición y la combustión rápida.
Otra cosa es la materia disgregada en estado polvoriento, que puede entrar en ignición al contacto con chispas y otros.
La propagación del fuego sobre la mayor parte de los sólidos, es bastante lenta en comparación con los combustibles líquidos.
Además, los gases producidos por pirolisis durante la combustión de los sólidos, deben mezclarse con la debida proporción de aire para que puedan inflamarse.
- ーPor lo tanto la propagación de las llamas, depende a menudo de la necesidad que tienen estos gases, de encontrar un abastecimiento adecuado de aire para consumirse progresivamente, suponiendo este aspecto, un elemento primordial del avance de incendios de madera en espacios cerrados.ー
一 El serrín como tal, si no esta compuesto por partículas muy pequeñas, no supone un riesgo tan potencialmente peligroso como el polvo de papel, si bien en suspensión ambos pueden ocasionar explosiones.
COMPORTAMIENTO DE LA MADERA FRENTE AL FUEGO
La madera es un material combustible, que al quedar sometida a temperaturas superiores a los 120 °C comienza un proceso de deterioro químico, originando carbón y gases inflamables.
Sin embargo debido a su baja conductividad térmica, tiene un avance de carbonización lento que en promedio es de 0,6mm/min, lo que le da una importante resistencia al fuego cuando las secciones de los elementos de madera son de un tamaño considerable, como ocurre con la madera laminada.
Teoría de la combustión de la madera
1. Pirólisis
A medida que la temperatura de un material aumenta, sus átomos y moléculas incrementan su energía cinética. Cuando los átomos de un sólido vibran en forma demasiado violenta, se rompen las uniones químicas entre ellos y se producen moléculas más pequeñas.
El proceso en el cual los sólidos complejos se descomponen térmicamente en sólidos más simples, líquidos o finalmente en gases, se denomina pirólisis y es esencialmente la primera etapa en la ignición y consiguiente combustión de los materiales.
En la mayoría de los sólidos la fenomenología de la pirólisis es compleja, debido a la cantidad de factores en juego.
Al calentar una pieza de madera, fuera de todo contacto con aire, se origina una descomposición térmica del material, que avanza desde las superficies expuestas al calor hacia el interior de la pieza.
2. Combustión
La combustión corresponde a una reacción química de oxidación rápida, de carácter exotérmico y que por ello puede automantenerse como reacción en cadena mientras haya oxígeno y combustible en cantidades suficientes.
3. Carbonización superficial
Cuando, producto de temperaturas propicias, la madera se inflama y comienza a arder, experimenta en un nivel superficial una paulatina desintegración, acompañada de la formación de carbón, el que por su baja conductividad térmica (0,03 kCal/mºCh), origina un recubrimiento aislante que además de dificultar el acceso del oxígeno necesario para su combustión, permite que las temperaturas en su interior permanezcan muy por debajo de las exteriores.
Así, las zonas centrales de la pieza mantienen un gran porcentaje de su capacidad resistente en condiciones normales, experimentando ante el avance de la carbonización una disminución gradual de sus dimensiones.
La suma de los efectos anteriores explica que elementos constructivos de madera puedan alcanzar una apreciable resistencia al fuego.
4. Temperatura de ignición
La temperatura de ignición es la temperatura mínima a la cuál debe ser calentado un material en presencia de aire, para que inicie una combustión independiente de la fuente de calor.
La temperatura de ignición de la madera, que se estima en 250ºC como un valor promedio, sin embargo determinar un valor exacto es difícil, debido a que depende una serie de factores como:
- la naturaleza.
- tamaño e intensidad de la fuente de calor.
- dimensiones y forma la pieza de madera.
- densidad y contenido de humedad de la madera.
- suministro de aire (oxígeno).
- velocidad y duración del período de calentamiento.
- presencia o ausencia de llama piloto.
Tradicionalmente esta propiedad ha sido un parámetro importante en algunas clasificaciones por comportamiento al fuego para materiales, prefiriéndose aquellos que presentan temperaturas de ignición mayores, por considera que estos reducen el riesgo de incendio.
Sin embargo, las condiciones que se generan en un incendio provocan la inflamación de muchos otros materiales, que teniendo una temperatura de ignición superior a la de la madera, pueden contribuir al desarrollo del fuego de una manera más enérgica de lo que hace esta.
En general se ha determinado que en maderas de baja densidad, como el Pino radiata, presentan temperaturas de ignición menores respecto a maderas de alta densidad.
Se ha determinado experimentalmente que la temperatura máxima a la cual puede exponerse la madera durante períodos prolongados de tiempo sin que se inflame es cercana a los 120 °C.
5. Velocidad de llama superficial
La velocidad de llama superficial corresponde a la rapidez con que la llama se propaga superficialmente sobre un material, y es una característica importante para materiales de revestimiento.
De la velocidad de esparcido de llama depende, en algunos casos, la posibilidad de contar con un lapso adecuado de tiempo para extinguir el fuego o para evacuar un recinto.
La velocidad de la llama superficial se mide observando, mediante instrumentos adecuados, el incremento de avance de una llama sobre la superficie de un material combustible.
Esta medida puede variar notablemente dependiendo de la posición del elemento, de la forma de aplicación del calor y de la llama, y de otros factores externos como la ventilación.
Para la determinación de los índices de propagación superficial de llama se utiliza habitualmente un túnel de fuego y que corresponde a uno de los métodos de mayor confiabilidad.
6. Velocidad de carbonización
La velocidad de carbonización es la propiedad pirógena que presenta mayor interés para el desarrollo de criterios analíticos de diseño contra el fuego.
Su independencia práctica frente a factores externos ha facilitado la elaboración de métodos experimentales para su determinación siendo el más frecuente someter piezas de madera a las condiciones normalizadas de incendio, verificando la penetración de la carbonización luego de un cierto tiempo de exposición.
La velocidad con que penetra la carbonización en la madera ha sido determinada en diversos estudios, en un rango variable comprendido entre 0,5-1,2mm/min, dependiendo principalmente de la densidad, permeabilidad y contenido de humedad de la madera; además del grado de ventilación existente durante el proceso de combustión.
En general maderas menos densas y más permeables experimentan una mayor velocidad de carbonización.
Un detallado estudio experimental realizado en 2001, obtuvo la velocidad de carbonización para madera laminada de pino radiata, y diferentes maderas crecidas en Chile.
- Se obtuvo que el pino radiata presenta una velocidad de carbonización de 0,87mm/min; para madera laminada con adhesivo uréico es de 0,77mm/min; y para madera laminada con resorcinol como adhesivo estructural es de 0,89mm/min.
- En tanto la velocidad de carbonización de la madera de Álamo de 403 kg/m3 de densidad es de 1,08 mm/min; mientras que la velocidad de carbonización de la madera de Roble de 818 kg/m3 de densidad es de 0,69 mm/min.
Proceso de combustión en la madera
El proceso de la combustión en la madera, a medida que aumenta la temperatura, se puede esquematizar en los siguientes pasos:
ㅡ Temperaturas inferiores a100ºC: Se produce un secado de la madera con desprendimiento de vapor de agua. Dado que éste se realiza como máximo a 100ºC, hasta que no se produce la deshidratación total, la madera permanece a esa temperatura, aunque la que se aplique sea superior.
ㅡ Temperaturas de 100ºC a 270ºC: Comienza la destilación de la madera con desprendimiento de gases. A partir de 150ºC aparecen las primeras fracciones combustibles.
ㅡ Temperaturas de 270ºC a 350ºC: La emisión de gases se intensifica, creciendo la proporción de monóxido de carbono, combustible, apareciendo hidrocarburos en la composición de dichos gases. Estos comienzan a arder y la reacción se realiza exotérmicamente. Esta fase y la siguiente son conocidas por “combustión viva” porque al desprenderse aceleradamente los gases se producen también grandes llamas. En esta fase se inicia la formación de carbón vegetal.
ㅡ Temperaturas de 350ºC a 500ºC: Continúa la combustión viva, con gran desprendimiento de gases, que arden con llama. A la vez, se inicia la combustión del carbón vegetal, que se va formando.
Temperaturas de 500ºC a 800ºC: Se va amortiguando la combustión al irse agotando los gases. Continúa la combustión del carbón, aunque lentamente.
ㅡ Temperaturas de 800ºC a1200ºC: Se produce la combustión total del carbón, originado en las fases anteriores.
Tratamientos contra el fuego en la madera
"Un error frecuente es creer que si se mejora la Reacción al Fuego se mejora la Resistencia al Fuego."
La reacción al fuego solamente hace referencia a la combustibilidad del material y se evalúa con un ensayo específico, mientras que la resistencia al fuego se evalúa con otros ensayos que miden el tiempo que el elemento desempeña su función.
En el caso de los elementos estructurales de madera el parámetro principal es la velocidad de carbonización.
La forma de mejorar la resistencia al fuego de los elementos estructurales de madera es:
- Añadir una sección de sacrificio de madera.
- Añadir una sección de sacrificio de un material no combustible o protección pasiva, por ejemplo tableros de yeso.
- Añadir una sección de sacrificio intumescente que estará operativa, como las anteriores, durante un cierto tiempo. En estructuras de madera están poco desarrolladas y no son demasiado fiables.
Mejoras para la Reacción al fuego en la madera
La forma de mejorarla se basa en la incorporación de productos retardantes del fuego mediante los siguientes tratamientos:
ー Tratamiento en profundidad: En el caso de la madera maciza, el producto se introduce de forma artificial mediante presión utilizando un autoclave.
ー Tratamiento superficial: Actúan de dos formas diferentes: hinchándose por la acción del calor, formando una capa aislante y/o impidiendo que el oxígeno alcance la madera.
Los productos más utilizados son las pinturas y los barnices. Sus principales desventajas radican en su menor duración y en el caso de las pinturas, no dejan ver el aspecto de la madera.
ー Tratamientos indirectos: La madera se protege con un elemento que tiene unas mejores prestaciones frente al fuego, por lo que quedaría oculta.
EXTINCIÓN DE INCENDIOS INDUSTRIALES SECTOR MADERA
ー Ante un incendio en este tipo de instalaciones, la protección de zonas adyacentes a fin de evitar la propagación, es tarea fundamental sobre todo si existen construcciones adyacentes y si hay grandes cantidades de materia prima o terminada.
一 El control del incendio se realizara con agua, pulverizando sobre el incendio en un principio a fin de reducir temperatura, y aplicando seguidamente el ataque directo.
Es posible que sea preciso movilizar material combustible parcialmente quemado a fin de poder extinguir el fuego en su totalidad, ya que se crean huecos de supervivencia del fuego, a los cuales solo accederemos moviendo el material y sofocando de forma simultanea.
Los almacenamientos de materia prima o terminada en grandes estanterías industriales (en algunos casos de altura considerable), dificulta la tarea de rociadores de agua y de mangueras, dificultando la llegada del agua a todos los puntos necesarios a fin de conseguir una extinción total.
