06 fire behavior II

Instituto de Capacitación en Servicios de Emergencia

(ESTI)Copyright 2009, TEEX

Módulo 6:Comportamiento

del fuego

Copyright 2009, TEEX

BIENVENIDOS


CIENCIA DEL FUEGO


INS

TR

UTO

RE

SCLEBER CANDIDO EDUARDO

BRASIL

JAVIER GARCIA MARTINEZ

MÉXICO


Objetivos del curso

Al completar satisfactoriamente este curso, los participantes habrán finalizado la segunda de las cuatro fases del programa diseñado para prepararlos para rendir el examen básico de certificación para bomberos ofrecido por la Asociación de Bomberos y Jefes de Bomberos del Estado (State Fireman’s and Fire Marshal’s Association, SSFMA). Este curso brinda las habilidades y los conocimientos básicos necesarios para actuar en un incendio.

Copyright 2009, TEEX 6

NFPA 2001 Norma sobre calificaciones profesionales del bombero.

NFPA 1500 Norma sobre la Seguridad Ocupacional del cuerpo de bomberos y el programa sanitario.

BASES DE REFERENCIAS

Criar un padrón de capacitación para todos los bomberos, indiferente del país que vivimos.


Información general sobre el curso

• Módulo 1: Operaciones de rescate• Módulo 2: Prácticas de ventilación• Módulo 3: Seguridad de los bomberos: regla de dos

bomberos adentro y dos bomberos afuera• Módulo 4: Prácticas relacionadas con el uso de las

escaleras• Módulo 5: Entrada forzosa• Módulo 6: Comportamiento del fuego

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Acerca de este curso

• Audiencia objetivo• Método de dictado• Requisitos previos del curso:

– Requisitos de certificación– Recomendaciones del curso

• Duración del curso

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Acerca de este curso

• Información sobre la certificación:– Unidad de Educación Continua (Continued

Education Unit, CEU)• Inscripción y asistencia• Cronograma de clases• Estrategias de evaluación de los participantes

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Información administrativa

• Seguridad del edificio• Baños• Salidas• Bocadillos• Recursos disponibles• Instrucciones de seguridad

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SALIDA 2

SA

LID

A 1


Objetivo – Modulo

Al completar satisfactoriamente este módulo, los participantes podrán reconocer los principios y conceptos básicos relacionados con la química y el comportamiento del fuego.

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Introducción

• Teoría del fuego• Proceso de combustión• Fuentes de energía calórica• Transmisión del calor• Combustible• Productos de la combustión y sus peligros

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Introducción

• Desarrollo del fuego• Consideraciones especiales• Propiedades extintoras del agua

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FUEGO

Es un proceso de oxidación rápido y en cadena que va a compañado de la evolución de calor y de la luz en distintas intensidades.

Fuego

CombustiónRápida

Rápida Oxidación del combustible


INCENDIO: Fuego no controlado de grandes proporciones, que puede presentarse en forma súbita, gradual o instantánea, al que le siguen daños materiales que pueden interrumpir el proceso de producción, ocasionar lesiones o perdidas de vidas humanas y deterioro ambiental.


Teoría del fuego

• Combustión:– Se trata de una reacción química en la cual

se producen luz y calor.– El proceso se repite ya que el calor permite

que la reacción química en cadena continúe.

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Tipos de reacción

Muy Lenta Oxidación

Lenta Combustión

Rápida Conflagración

Instantánea

Explosión

Deflagración

Violenta


Tipos de reacción

Oxidación

Explosión


Combustible

C a

l o

rO

xígeno

TRIANGULO DEL FUEGO


Teoría del fuego

• El tetraedro y el triángulo del fuego:– Para que se produzca la

combustión se necesitan

4 elementos del tetraedro del fuego:• Combustible• Oxígeno• Calor• Reacción química

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Copyright 2007, TEEX/ESTI


Teoría del fuego

• Oxígeno:– 21% de oxígeno en

la atmósfera normal– Si la proporción es más

del 21%, se considera enriquecido con oxígeno.

– La combustión puede ocurrir con 14% de oxígeno en la atmósfera.

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COMBUSTION

El tetraedro de fuego

Calor

Reacción química en cadena

Calor

Agente

Oxidante Agente reductor

Agente reductor

Agente

oxidante

Reacción química en cadena

combustible

combustible


OXIGENO Y COMBUSTION

21 % de oxígeno 18 % de oxígeno

14 % de oxigeno( no es suficiente para soportar la combustión y oxígeno)


Proceso de combustión

• Productos de la combustión:– Calor:

• Es responsable de la propagación del fuego.

– Humo:• Es el causante de la mayoría de las muertes

relacionadas con los incendios.• Puede contener gases narcóticos e irritantes.

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• Productos de la combustión:– Gases e irritantes:

• Los más comunes que están presentes en el humo son:– CO– HCN

– CO2

• Pueden producir una disminución en la percepción, intoxicación, pérdida del conocimiento y la muerte.

– Llama:• Es un cuerpo luminoso y visible de un gas que arde.

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• Términos clave:– Fuego:

• Es un proceso de oxidación rápido y autónomo que va acompañando de la evolución del calor y la luz en distintas intensidades. (IFSTA, 1998)

– Punto de inflamabilidad:• Es la temperatura mínima necesaria en la que los

líquidos generan suficientes vapores para inflamarse y generar una combustión espontánea que no seguirá ardiendo si no se le agrega más calor.

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• Términos clave:– Temperatura de ignición:

• Es la temperatura a la que un combustible/la mezcla de aire generada por un líquido arde espontáneamente.

– Punto de inflamación:• La temperatura mínima en la que un líquido genera

vapor suficiente para mantener un fuego continuo.

– Límites de explosividad:• Es el límite de concentraciones de aire y vapores

del combustible.

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Fuentes de energía calórica• Química:

– La fuente calórica más común es la fuente de energía calórica química.

– La oxidación se produce cuando un material combustible entra en contacto con el oxígeno.

– Un ejemplo de energía calórica química es el calor generado cuando arde un fósforo.

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Fuentes de energía calórica

• Química:– La autoinflamación se produce cuando la

temperatura de un material aumenta sin que intervenga calor externo.

– El calor se produce mediante la oxidación y, normalmente, se disipa tan rápido como se genera.

– Para que se produzca una ignición espontánea debido a la autoinflamación, el material debe alcanzar la temperatura mínima de la sustancia a fin de producir una combustión autónoma.

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• Química:– Deben ocurrir otros dos sucesos para que se

pueda producir la ignición espontánea:• El suministro de aire en el material que se calienta y a

su alrededor debe ser suficiente para que se produzca la combustión.

• Las propiedades de aislamiento del material que rodea directamente al combustible deben mantener el calor que se genera y no dejar que se disipe.

– Por ejemplo: trapos mojados con aceite hechos un bollo ubicados en una esquina

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ENERGIA TERMICA QUIMICA

Calor de la combustión

al quemarse

Calor espontaneo ninguna fuente de calor externa

Resina Pintura



• Eléctrica:– Es la energía calórica producida por calentamiento

eléctrico, por ejemplo:• flujo de corriente a través de una resistencia• sobrecorriente/sobrecarga• formación de arco eléctrico• chispas• electricidad estática• rayos

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ENERGIA TERMICA ELECTRICA

Calor de resistencia (corriente a travez del conductor )

Sobrecarga

Fuga de corriente (conductor con insuficiente insulación)

Electricidad estática

Formación de arco (soldadura)



• Mecánica:– La energía calórica mecánica se genera por el

calor de la fricción y de la compresión.– El calor de la fricción se produce cuando dos

superficies se mueven una contra otra y se originan chispas o calor.

– El calor de compresión se genera cuando un gas se comprime.

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ENERGIA TERMICA MECANICA

FricciónCompresión



• Nuclear:–La energía calórica nuclear se genera

cuando se separan o se combinan los átomos.

–El calor del sol es producto de una reacción de fusión y es una forma de energía nuclear.

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ENERGIA TERMICA NUCLEAR


Transmisión del calor

• Ley del flujo de calor:– El calor fluye de una sustancia caliente

a una sustancia fría.• La transferencia de calor controla el crecimiento

del fuego.• Para que la transferencia de calor pueda ocurrir,

es necesario que los objetos tengan diferentes temperaturas.

• La velocidad de transferencia depende de la diferencia de temperatura entre los objetos.

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• Existen tres tipos de transferencia de calor:

–Conducción–Convección–Radiación

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41Propiedad de la IFSTA, recreado con permiso

Transferencia de calor de un cuerpo a otro mediante la intervención de un medio conductor del calor.

Conducción




Convección

Transferencia de calor mediante movimiento de aire o líquidos.



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Propiedad de la IFSTA, recreado con permiso

Radiación

Ondas térmicas viajando a través del espacio hasta llegar a un objeto sólido.


Combustible

• Combustible sólido:– Tiene una forma y un tamaño

definidos, lo cual afecta la facilidad con que se enciende debido a la proporción superficie-masa del combustible.

– Produce gases combustibles mediante la pirólisis.

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Combustible

• Combustible sólido:

–La posición horizontal consumirá el combustible a una velocidad relativamente lenta.

–Las posición vertical aumenta la diseminación del fuego debido al aumento de la transferencia de calor mediante la convección, la conducción y la radiación.

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Combustible

• Combustible líquido:–Produce gases combustibles por

vaporización.–La vaporización es la transformación

de un líquido al estado gaseoso/de vapor.

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Combustible• Combustible gaseoso:

– El combustible debe encontrarse en estado gaseoso para arder.

– Se necesita menos energía para que los combustibles gaseosos se enciendan.

– La combustión ocurrirá cuando el combustible transformado al estado gaseoso se mezcle con el aire en la proporción adecuada.

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DR=PM29


Estados

físicos Sólidos:

Líquidos:

Gaseosos:

Gas Natural

Butano

Propano

Hidrogeno

Acetileno

Otros

Gasolina

Kerozeno

Alcohol

Aguarras

Tinner

Otros

Carbón

Madera

Papel

Tela

Plásticos

Grasa

Paja

Granos

Corcho

Otros

COMBUSTIBLES


FUENTES DEL COMBUSTIBLE

Materia sólida + Pirólisis = gas combustible

Materia líquida + Vaporización = gas combustible

Materia gaseosa = gas combustible

Solamente los gases se queman


PIROLISIS

Aire Aire

Energía calorífica

Mezcla capaz de ignición de

Aire y gases inflamables


Aire

Vapores

Area de mezcla

Mezcla de aire/vapor capaz de ignición

VAPORIZACION

Aire


REACCION QUIMICA EN CADENA

Combustible calentado arroja vapores

Los vapores son combinados para crear compuestos nuevos

Los compuestos nuevos combinados con el oxígeno se enciende

Compuestos Nuevos

Oxígeno OxígenoVapores flamables

Combustible calentado


PRODUCTOS DE LA COMBUSTION

Partículas de carbon

Dióxido de sulfuro

Vapor de agua

4 Humo

3 llama

2 calor

1 luz

vapores flamables combustible

Monóxido de carbono

Cianuro de hydrogeno

Dióxido de carbono

OxígenoOxígeno

Combustible


Los productos de la combustión y sus peligros

• CO2:

–No es tóxico.–Desplaza al oxígeno de la

atmósfera y causa asfixia.

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• CO:

–Siempre se debe asumir que el CO está presente en el fuego.

–Es inodoro, incoloro e insípido.

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• HCN (Cianuro de Hidrógeno):– Se produce cuando se queman productos

plásticos.– Interrumpe la respiración a nivel celular

y hace que la persona quede inconsciente, aun en pequeñas dosis.

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Desarrollo del fuego• En la fase inicial del fuego, el calor aumenta

y forma una columna de gas caliente.• Si la columna logra elevarse sin obstrucción

a un espacio abierto sin fuego, el aire frío es atraído hacia la columna mientras ésta se eleva y tiene un efecto de enfriamiento sobre los gases que se encuentran por encima del fuego.

• La propagación del fuego en un área abierta se debe a la transmisión de energía calórica desde la columna hasta los combustibles situados alrededor.

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Desarrollo del fuego

• Un incendio de compartimiento sucede en un espacio o habitación cerrada dentro de una construcción y su desarrollo es más complejo.

• Su crecimiento y propagación dependen normalmente de la existencia de combustible y oxígeno.

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Desarrollo del fuego• Ignición:

– Todos los incendios se originan debido a algún tipo de ignición.

– La ignición se produce cuando los cuatro elementos del tetraedro están presentes y comienza la combustión.

– La ignición guiada es causada por una chispa o llama.

– La ignición no guiada o espontánea es causada cuando un combustible alcanza su temperatura de ignición como resultado de la autoinflamación.

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FASE INCIPIENTE DEL FUEGO:

El contenido de Oxígeno no ha sido reducido considerablemente

La respiración no es difícil. El calor por encima de la flama será de unos 538º C aproximadamente.

Habrá ligero desprendimiento de vapores de agua.

Bióxido de Carbono en pequeñas cantidades Bióxido de Azufre, Monóxido de Carbono y algunos otros gases aún no relevantes.


CRECIMIENTO DEL FUEGO

Desarrollo del penacho(pluma)

Desarrollo de la capa del techo

Disminución de la temperatura

Calor



• Crecimiento:– Después de la ignición, se empieza a formar una

columna de fuego sobre el combustible que arde.– Mientras la columna continúa desarrollándose,

atrae aire desde el espacio circundante hacia ella.– El crecimiento del incendio de compartimiento es

igual que el de un incendio exterior sin límites, donde el crecimiento es una función del combustible que se enciende primero.

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Desarrollo del fuego• Combustión súbita generalizada:

– No es un suceso específico como la ignición, sino que es una etapa entre el crecimiento y el desarrollo completo del incendio.

– El incendio original pasa de quemar los materiales que se encienden primero a quemar todas las superficies de combustible expuestas en ese compartimiento.

– La capa de gas caliente que se forma en el cielorraso durante la fase de crecimiento causa el calor radiante de los materiales combustibles.

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• Combustión súbita generalizada:

–El calor radiante en el compartimiento causa la pirólisis del material combustible.

–Luego, la energía radiante calienta los gases de la capa de gas del cielorraso hasta que alcanzan su temperatura de ignición.

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El aire que es rico en oxígeno entra al fuego por las partes bajas.

El calor y los gases suben a las partes altas en forma de convección.

Se acumulan grandes cantidades de calor, humo y gases calientes, y estos se expanden en toda la habitación.

La temperatura se encuentra en un 700º c aprox. Esta temperatura hace que los materiales desprendan vapores, estallando simultáneamente en llamas.

Este fenómeno llamado combustión súbita generalizada se le conoce como ( FLASH OVER).

FASE DE LIBRE COMBUSTION


Consideraciones especiales

• Fenómeno flameover/rollover:– Se produce cuando las llamas se mueven através o a lo largo

de los gases no quemados durante la progresión del incendio.– Este fenómeno no debe confundirse con la combustión súbita

generalizada (flashover).– El flameover sólo involucra a los gases del fuego y no a las

superficies de los demás combustibles en el compartimiento.– Normalmente ocurre durante la fase de crecimiento cuando

las capas de gases calientes se forman al nivel del cielo raso.

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FLASHOVER

COMBUSTION SUBITA GENERALIZADA

Condicion previa al flashover

Flashover

Temperatura ambiente en exceso de 483°C (900°F)todas las superficies combustibles arden igual que los gases

Humo recirculante


POST FLASHOVER

Aire

Aire

Humo circulando


ROLLOVER

Los vapores super calentados se inflaman

El frente de las llamas ruedan por el techo.



• Capas térmicas:

–Son las capas que forman los gases según la temperatura durante el incendio.

–La capa superior está constituida por los gases más calientes, mientras que las capas inferiores están formadas por gases más fríos.

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CAPAS TERMALES


CAPAS TERMALES

Calor extremo

Calor moderado

Calor leve

Desequilibrio térmico


Desarrollo del fuego• Desarrollo completo:

–Se dice que la fase de desarrollo completo del incendio se produce cuando todos los materiales combustibles en un compartimiento se ven afectados por el fuego.

–En esta etapa, los combustibles que arden en el compartimiento liberan la máxima cantidad de calor posible y se producen grandes volúmenes de gases del fuego.

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• Disminución:

–Se produce cuando el incendio consumió el combustible disponible en el compartimiento

y la velocidad de liberación de calor disminuye.

–En esta etapa, el incendio se convierte en un incendio controlado a nivel de combustible, la cantidad de fuego disminuye y las temperaturas comienzan a disminuir.

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Las llamas han dejado de existir por falta de oxígeno.

La temperatura en la parte alta es de 538º C aprox.

La concentración de oxígeno es a menos del 16%.

El fuego continua en forma de brasas incandescentes

El cuarto se llena completamente de humo denso y gases.

El intenso calor tendera a vaporizar las fracciones ligeras de los combustibles como el Hidrogeno y Metano los cuales se incrementarán a los ya existentes producidos por el fuego.

Esta condición crea una atmósfera de sumo riesgo, pues una corriente de aire fresco puede causar: un retroceso de flama o una explosión por flujo reverso (BACKDRAF).

FASE DE LATENCIA


Factores que afectan el desarrollo del fuego

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Velocidades de liberación de calor de materiales comunesMaterial Velocidad de liberación de calor máximo

kW Unidad térmica británica (Btu)/s

Bote de basura (0,53 kg)

con cajas de leche (0,40 kg)15 14,2

Silla tapizada (con relleno de algodón) (31,9 kg) 370 350,7

Cuatro sillas apilables (marco metálico, rellenas de espuma poliuretánica) (7,5 kg cada una)

160 151,7

Silla tapizada (espuma poliuretánica) (28,3 kg) 2,100 1.990,0

Colchón (algodón y yute) (25 kg) 40 37,9

Colchón (espuma poliuretánica) (14 kg) 2,630 2.492.9

Colchón y sommier (algodón y espuma poliuretánica) (62,4 kg) 660 626.0

Sofá tapizado (espuma poliuretánica) (51,5 kg) 3,200 3.033.0

Gasolina/kerosene (envase de 2 pies cuadrados) 400 379,0

Árbol de navidad (seco) (7,4 kg) 500 474,0



• Explosión de gases de humo con efecto reverso:– Si el compartimiento no se ha ventilado, se

acumularán grandes volúmenes de gases calientes sin quemar.

– Los gases que se encuentran a su temperatura de ignición o por encima de ésta no tienen el oxígeno suficiente para encenderse.

– Cualquier acción de los bomberos que permita que el oxígeno se mezcle con estos gases calientes puede provocar una ignición conocida como explosión de gases de humo con efecto reverso.

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INDICADORES DE BACKDRAFT

EXPLOSION DE HUMO

Humo en bocanadas

Humo amarillo grisáceo

Paredes muy calientes al tocarlas

Fuego color naranja visible o brillante

Ventanas Oscurecidas

Vibración en ventanas

Vidrios calientes sin quebrar


• Nivel bajo de oxígeno• Nivel alto de calor• Incendio incandesente• Consentraciones altas de

vapor • Combustible

Condiciones previas a una explosión de humo

Explosión de humo

• La intruducción de oxígeno provoca un incendio de fuerza explosiva

BACKDRAFT


BACKDRAFT


Propiedades extintoras del agua

• Características físicas:– Enfría ya que elimina el calor del fuego.– También actúa por sofocación cuando el agua

absorbe grandes cantidades de calor y diluye el oxígeno.

– Las capacidades expansivas del agua cuando se convierte en vapor son de gran ayuda porque quita el humo y el calor del área.

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• Ley de calor específico:

– El calor específico es la medición de la cantidad de calor que puede absorber una sustancia.

– El agua es uno de los agentes extintores principales debido a su capacidad de absorber grandes cantidades de calor.

– Es posible utilizar otros agentes extintores, pero no son tan efectivos como el agua.

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Ley de calor específico

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Agente Calor específico

Agua 1,00

Solución de cloruro de calcio 0,70

Dióxido de carbono (sólido) 0,12

Dióxido de carbono (gas) 0,19

Bicarbonato de sodio 0,22



• Ley del calor latente de vaporización:– Cuando una sustancia pasa del estado líquido

a gaseoso, la cantidad de calor que absorbe esa sustancia se denomina calor latente de vaporización.

– Para que un líquido cambie a estado gaseoso, debe alcanzar el punto de ebullición.

– Para que una libra de agua se convierta en vapor, se necesitan aproximadamente 970 Btu de calor adicional.

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Ley del calor latente de vaporización




• Ley del calor latente de vaporización:

–Ejemplo: galón de agua• Peso: 8,33 libras• 1,122 Btu x 8,33 = 9,263 Btu necesarias

para convertirlo en vapor

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• Ventajas y desventajas del agua:– Ventajas:

• El agua tiene una mayor capacidad de absorción del calor.

• Para que el agua se transforme en vapor se necesita una cantidad relativamente grande de calor.

• A mayor superficie de agua expuesta, más rápida es la absorción del calor.

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• Ventajas y desventajas del agua:– Desventajas:

• La tensión de superficie es elevada.• Reacciona con determinados metales.• Es de baja opacidad.• Es de baja reflectividad.• Temperatura bajo cero• Es de baja viscosidad.• Es conductora de electricidad.

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METODOS DE EXTINCION DE INCENDIOS

Reducción de la temperatura Supresión del

combustible

Eliminación del oxígeno Inhibición de la reacción en cadena


TABLA UNIVERSAL

TABLA BIRCHALL

X


INCENDIO CLASE A

Madera

Papel

Goma

Plástico

Métodos de extinción:

• Enfriamiento con agua.

• Sofocar con agua oespuma clase A.

Materiales: Combustibles ordinarios


INCENDIO CLASE B

Materiales:

Líquidos

Gases

Métodos de extinción:

• Inhibición de la reacción química

• Cubrir/sofocación

• Remover el combustible

• Reducir la temperatura


INCENDIO CLASE C

Material:

Equipo eléctrico activo • Métodos de extinción:• Métodos de extinción

• Agente extintor (Halon, polvo químico seco, dióxido de carbono)

• Al desenergizar puede ser tratado como incendio clase A o clase B


INCENDIO CLASE D

magnesio

titanio

circonio

sodio

potasio

litio

calcio

zinco

Método de extinción:

• Cubrir con agentes especiales, polvos secos específicos.

Materiales:

Metales Combustibles


INCENDIO CLASE K

Incendios en grasas e gorduras animales e vegetales con propiedades de saponificacion.

Por que K ?


TABLA BIRCHALLCLASSE A – SOLIDOS

CLASSE B – LIQUIDOS INFLAMABLES – PI INFERIOR A 37.8 ° C NO MISIBLES EN AGUA

CLASSE C – LIQUIDOS INFLAMABLES – PI INFERIOR A 37.8 ° C MISIBLES EN AGUA

CLASSE D – LIQUIDOS INFLAMABLES – PI SUPERIOR A 37.8 ° C NO MISIBLES EN AGUA

CLASSE E – LIQUIDOS INFLAMABLES – PI SUPERIOR A 37.8 ° C MISIBLES EN AGUA

CLASSE F – ELECTRICOS

CLASSE G – METALES ESPECIALES


Resumen

En este módulo, aprendió sobre el concepto de la ciencia del fuego y cómo se relaciona con las tareas de extinción. Los temas tratados fueron la teoría del fuego, el proceso de combustión, las fuentes de energía calórica, cómo se transmite el calor, las diferentes fases del combustible, los productos de la combustión y sus peligros, cómo se desarrolla un incendio, consideraciones especiales y las propiedades extintoras del agua.

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Examen del modulo

100

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Education

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