Gb III 1 Fisica y Quimica

F.A.B.V.P.B.A. CONSEJO PROVINCIAL DE CAPACITACION DE BOMBEROS VOLUNTARIOS

MANUAL DE III CATEGORIA SUBOFICIALES SUPERIORES EDICION 2005 3

CONSEJO PROVINCIAL DE CAPACITACION DE BOMBEROS VOLUNTARIOS DE LA PROVINCIA DE BUENOS AIRES

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PLAN DE CLASES Contenido del Curso TEMA 1- DEFINICIONES Y PROPIEDADES FUNDAMENTALES.

tomos. Molculas. Frmula qumica. Nmero atmico. Peso atmico. Peso molecular. Molcula - gramo. (mol). Peso especfico. Densidad relativa de un gas. Flotacin. Presin de vapor y punto de ebullicin. Densidad relativa vapor - aire. Reacciones endotrmicas y exotrmicas.

TEMA 2- COMBUSTION. 1. REACCIONES OXIDANTES. Ignicin provocada y auto - ignicin. 2. EXPLOSIONES. Lmites de inflamabilidad. Punto de inflamacin. 3. CATALIZADORES, INHIBIDORES Y CONTAMINANTES. 4. MATERIALES ESTABLES E INESTABLES.

TEMA 3- PRINCIPIOS DEL FUEGO. 1. INTRODUCCION. 2. IGNICION Y COMBUSTION. 3. INFLAMABILIDAD DE COMBUSTIBLES DE ALTO PUNTO DE

INFLAMACION :Calor de combustin. Oxidante estequiomtrico. Calor de gasificacin. Inflamabilidad (provocada). Formacin de carbn. Formacin de holln. Inhibidores. Fusin. Toxicidad. Geometra.

4. PRINCIPIOS DE INFLAMABILIDAD. TEMA 4 - MEDIDA DEL CALOR.

1. UNIDADES DE TEMPERATURA. Grado Celsius. Grado Kelvin. Grado Fahrenheit. Grado Rankine.

2. UNIDADES DE CALOR. Joules. Caloras. Unidad trmica britnica (Btu). 3. MEDICION DE TEMPERATURAS. Termmetros de expansin o dilatacin

de lquidos. Termmetros bimetlicos. Fusin de slidos. Termopares. Pirmetros.

4. CALOR ESPECIFICO. 5. CALOR LATENTE

TEMA 5 - TRANSMISION DEL CALOR. 1. CONDUCCION. 2. CONVECCION. 3. RADIACION.

TEMA 6 - FUENTES DE ENERGA CALORIFICA O FUENTES DE IGNICION. 1. ENERGA CALORIFICA QUIMICA. Calor de combustin. Calentamiento

espontneo. Calor de descomposicin. Calor de dilucin. 2. ENERGA CALORIFICA DE ORIGEN ELECTRICO. Calentamiento por

resistencia. Calentamiento dielctrico. Calentamiento por induccin. Calentamiento originado por corrientes de fuga. Calentamiento debido al arco elctrico. Calentamiento por electricidad esttica. Calor generado por el rayo.

3. ENERGA CALORIFICA DE ORIGEN MECANICO. Calor generado por friccin. Chispas producidas por friccin. Calor por compresin.

4. ENERGA CALORIFICA DE ORIGEN NUCLEAR. TEMA 7 - FISICA.

1. PALANCA. Condiciones de equilibrio Palanca de 1, 2 y 3 Gnero. 2. FUERZA DE GRAVEDAD: Atraccin. Aceleracin. 3. FUERZA: Trabajo. Energa. Potencia. Inercia. 4. ROZAMIENTO: Horizontal. Plano inclinado. 5. POLEAS: Fija. Mvil. 6. APAREJOS: Potencial. Factorial. Diferencial. 7. TORNO



QQUUIIMMIICCAA YY FFIISSIICCAA DDEELL FFUUEEGGOO TEMA 1 - DEFINICIONES Y PROPIEDADES FUNDAMENTALES.

tomo: Partcula fundamental de la composicin qumica de la materia, de dimensiones muy reducidas. Est formado por un ncleo compacto alrededor del cual se mueven los electrones (carga negativa). El ncleo est formado por protones (carga positiva) y neutrones (sin carga). Las sustancias cuyos electrones externos estn dbilmente unidos, son buenos conductores trmicos y elctricos. Las que tienen electrones mas rgidamente unidos son buenos aislantes porque no permiten la transmisin. Las sustancias formadas por una sola clase de tomos se llaman elementos; las formadas por dos o mas clases, elementos.

Molculas: Combinacin de un grupo de tomos. Frmula qumica: Expresa el nmero de tomos de los distintos elementos en la

molcula. Nmero atmico: Nmero de electrones o protones de un tomo en particular,

determina el lugar que ocupa en la Tabla Peridica. Peso atmico: Es el peso comparado de un tomo. Peso molecular: Es la suma de los pesos de todos los tomos que constituyen la

molcula. El sub-exponente que sigue al smbolo de cada tomo en las frmulas qumicas, indica el nmero de tomos que de tal elemento existen en cada molcula del compuesto.

Molcula - gramo (mol): Cantidad de sustancia cuyo peso expresado en gramos es igual numricamente a su peso molecular.

Peso especfico: Relacin entre el peso de una materia slida o lquida con el peso de un volumen igual de agua. Un centmetro cbico de agua, a 4 grados centgrados, pesa un gramo.

Densidad relativa de un gas: Constituye la relacin entre el peso de un gas y el peso de un volumen igual de aire seco a la misma temperatura y presin.

Dr = peso molecular

29 29 = peso molecular compuesto del aire seco. Flotacin: Es el peso ascendente ejercido por el fluido circundante sobre un cuerpo o

volumen de fluido. Si la flotacin es positiva, indica que es ms liviano que el fluido circundante y presentar un empuje ascendente. Si es negativa, es mas pesado y descender. La flotacin depende del peso molecular (densidad relativa del gas) y de su temperatura. Un gas inflamable cuya densidad relativa sea superior a 1, tiende a descender a un nivel inferior y puede recorrer distancias grandes y alcanzar focos de ignicin distantes. Un gas es ms ligero cuanto mayor sea su temperatura, la densidad es menor. Por esta razn, los productos de la combustin tienden a elevarse.

Presin de vapor y punto de ebullicin: Dependiendo de su temperatura interior, las molculas de un lquido se encuentran en constante movimiento y se escapan de la superficie libre del lquido hacia el espacio superior. Algunas quedan en ese espacio y otras colisionan con la superficie del lquido, entrando a formar parte de l nuevamente. Si el lquido se encuentra en un recipiente abierto, las molculas escapadas (vapor), se alejan de la superficie, el lquido se evapora. Si se encuentra en un recipiente cerrado, el movimiento de dispersin queda limitado al espacio del lquido. En este ltimo caso, al aumentar el nmero de molculas que chocan contra la superficie del lquido y vuelven a entrar en l, se llega a un punto de equilibrio en el que la cantidad de molculas escapadas iguala a las que vuelven a entrar. La presin ejercida por el vapor que se escapa en este punto de equilibrio, constituye la denominada presin de vapor, que se mide en libras absolutas por pulgada cuadrada o kilo pzcales. La presin absoluta es igual a la fuerza total ejercida sobre cada unidad de superficie. Para expresarla se utilizan fracciones o mltiplos de la presin atmosfrica o altura de una columna de lquido (generalmente mercurio) que equilibre la presin absoluta. Al utilizar manmetros se agrega la presin atmosfrica a la presin medida (760 mm de mercurio, Hg). Al aumentar la temperatura del lquido, su presin de vapor se aproxima a la presin atmosfrica; cuando la iguala, se produce la ebullicin. Otros factores variables que



afectan la tasa real de evaporacin del lquido en contacto con el aire son: la temperatura atmosfrica, la circulacin del aire, el calor especfico y el calor latente de evaporacin.

Densidad relativa vapor - aire: Es el peso de una mezcla de vapor y aire como resultado de la vaporizacin de un lquido inflamable, en condiciones de equilibrio de temperatura y presin, comparado con el peso de un volumen igual de aire en idnticas condiciones. La densidad de la mezcla vapor - aire depende:

de la temperatura ambiente. de la tensin del vapor de dicho lquido a la temperatura dada. del peso molecular del lquido. A temperaturas muy inferiores al punto de ebullicin de un lquido, la presin de vapor de dicho lquido puede ser tan baja, que la mezcla vapor aire, formada casi exclusivamente por aire, tenga una densidad muy prxima a la del aire puro, es decir, prxima a la unidad. Al aumentar la temperatura del lquido hasta la temperatura de ebullicin, aumenta la velocidad de vaporizacin y el vapor desplaza al aire circundante de modo que la velocidad relativa de la mezcla vapor - aire se aproxima a la densidad relativa del vapor puro. Las mezclas de vapor - aire cuya densidad sea bastante superior a la del aire a temperatura ambiente, descender a niveles ms bajos. Por otra parte, la difusin de la mezcla debido a las corrientes de conveccin Limitan la distancia que recorren las mezclas cuyas densidades sean prximas o inferiores a 1. La densidad de una mezcla vapor - aire a temperatura ambiente puede calcularse como sigue:

P = presin ambiente. P = presin de vapor de la sustancia a temperatura ambiente. s = densidad relativa de su vapor puro. Dva = densidad de la mezcla vapor - aire. (dva) = ps + P - p P P

ps = aportacin del vapor a la densidad relativa de la mezcla. P P - p = aportacin de aire. P Ejemplo: calcular la densidad de la mezcla vapor - aire, a 37,8 grados centgrados, y a presin atmosfrica, para un lquido inflamable cuya presin de vapor, a esa temperatura es 76 mm de mercurio o 1/10 de la presin atmosfrica. Dva = ( 76) (2) + 760 - 76 = 0,2 + 0,9 = 1,1 760 760

Reacciones qumicas endotrmicas y exotrmicas: Calor de reaccin, es la energa

absorbida o emitida durante una reaccin. En las reacciones endotrmicas, las sustancias nuevas formadas contienen mas energa que los materiales reaccionantes, por lo tanto, hay absorcin de energa. Aunque la energa puede adoptar formas muy variadas, las reacciones qumicas absorben o liberan energa, generalmente en forma de calor.



TEMA 2 - COMBUSTION.

LA COMBUSTION ES UNA REACCION EXOTERMICA AUTOALIMENTADA CON PRESENCIA DE UN COMBUSTIBLE EN FASE SLIDA, LIQUIDA Y/O GASEOSA.

El proceso est generalmente asociado con la oxidacin de un combustible por el oxgeno atmosfrico, con emisin de luz. Los combustibles slidos y lquidos se vaporizan antes de arder, aunque a veces un slido puede arder directamente en forma de incandescencia o rescoldos. La combustin de una fase gaseosa generalmente se produce con llama visible. Una combustin confinada con una sbita elevacin de presin, constituye una explosin. 1. REACCIONES OXIDANTES. Las reacciones oxidantes relacionadas con los incendios son exotrmicas, el calor es uno de sus productos. Una reaccin de oxidacin exige la presencia de un material combustible y de un agente oxidante. Combustible es toda sustancia que no ha alcanzado su mximo estado de oxidacin. La posibilidad de oxidar mas a un material depende de sus propiedades qumicas: cualquier material formado principalmente por Carbono e Hidrgeno, puede ser oxidado. La mayora de los combustibles orgnicos slidos y de los lquidos y gases inflamables, contienen porcentajes importantes de Carbono e Hidrgeno. El oxgeno del aire es el material oxidante mas frecuente. El Oxigeno constituye aproximadamente la quinta parte del aire, y el Nitrgeno las cuatro quintas partes restantes. Entre los agentes oxidantes poco frecuentes pero que podemos encontrar en los incendios, tenemos productos qumicos que pueden liberar fcilmente oxgeno en condiciones favorables, como ser el Nitrato Sdico (NaNO3) y el Clorato Potsico (KClO3). Algunos materiales combustibles, como el material plstico a base de piroxilina, contienen oxgeno combinado en sus molculas, de modo que pueden mantener una combustin parcial sin aportacin externa de oxgeno. Tambin puede haber combustin en casos especiales, en atmsferas de Cloro, Dixido de Carbono, Nitrgeno y algunos otros gases sin la presencia de oxgeno. Por ejemplo: el polvo de circonio puede inflamarse en Dixido de Carbono. Ignicin provocada y auto ignicin. La ignicin constituye el fenmeno que inicia la combustin autoalimentado. La ignicin producida al introducir una pequea llama externa, chispa o brasa incandescente, constituye la ignicin provocada. Si no la provoca un foco externo, se denomina auto ignicin. La temperatura mnima que necesita alcanzar una sustancia para inflamarse representa la temperatura de ignicin. La temperatura de auto ignicin de una sustancia es mucho mayor que la temperatura de ignicin provocada. Para que las molculas del combustible y del oxgeno puedan reaccionar qumicamente produciendo calor, hay que excitarlas de forma que alcancen un cierto grado de actividad. Esta actividad puede provocarse mediante otras molculas excitadas por una llama o chispa cercana, o elevando la temperatura general. Al comenzar la reaccin qumica, el combustible y el oxgeno producen otras molculas excitadas, as como calor. Si la cantidad de combustible y de oxgeno es suficiente y el nmero de especies excitadas es tambin adecuado, la reaccin adopta la forma de una reaccin en cadena, dado que la velocidad de produccin de molculas activadas supera la tasa natural de desactivacin. Una vez iniciada la ignicin, continuar hasta consumir todo el combustible u oxidante existente, o hasta que las llamas se apaguen por enfriamiento, por disminucin del nmero de molculas excitadas o por otras causas. En general, una ignicin autoalimentado puede tener lugar slo en situaciones capaces de mantener la combustin autoalimentado. Por ejemplo: si la presin ambiente o la concentracin ambiente del material oxidante no es suficiente para mantener la combustin, tampoco bastar para la ignicin. La reaccin con llama, en la mayora de los combustibles slidos y lquidos, comienza en fase de vapor o gas. Algunas excepciones son el carbn puro, algunos metales y ciertos rescoldos que sufren una oxidacin superficial directa del slido. La mayora de los slidos y lquidos necesitan previamente una cantidad de energa trmica suficiente para convertir parte del combustible en vapor y producir una mezcla combustible en fase gaseosa. En estos casos, es posible conocer la temperatura mnima



del slido o lquido que producir una mezcla combustible cerca de la superficie del combustible. Esta temperatura mnima se denomina temperatura de ignicin provocada, dado que necesitamos un agente externo que provoque la ignicin de la mezcla gaseosa. En los lquidos inflamables, se denomina temperatura de inflamacin. En la prctica, la temperatura necesaria para provocar la ignicin de slidos y lquidos puede estar condicionada por:

el caudal de aire (oxidante). el grado de calentamiento. tamao y forma del slido o lquido.

En general, las temperaturas de ignicin de las mezclas gaseosas depende de la composicin, presin ambiente, volumen de la mezcla, forma del recipiente y la naturaleza y energa del agente que provoca la ignicin. Cada mezcla de aire - combustible posee una presin mnima especfica, los valores inferiores a esta presin no permiten la ignicin. Al aumentar la temperatura, la cantidad de energa necesaria para provocar la ignicin de la mezcla es cada vez menor y, cuando alcanza un nivel suficientemente elevado, la mezcla arde espontneamente. Esta temperatura es la temperatura de auto ignicin o inflamacin espontnea. Las temperaturas de auto ignicin, observadas en ciertas condiciones, pueden variar mucho, al cambiar las condiciones. Adems de la composicin y la presin, las temperaturas de auto ignicin de los lquidos y gases inflamables dependen, entre otras variables de:

de la forma y lugar del espacio donde tiene lugar la ignicin. del grado y duracin del calentamiento. de la clase y temperatura de la fuente de ignicin. de los efectos catalticos o de otra clase ejercidos por materiales que pueden

estar presentes. 2. EXPLOSIONES. Las explosiones se producen en situaciones donde el combustible y el agente oxidante se mezclan ntimamente antes de la ignicin. En consecuencia, la reaccin de la combustin progresa con gran rapidez al no existir la necesidad previa de mezcla. Si se confinan gases premezclados, su tendencia a la expansin durante la combustin, puede provocar una sbita elevacin de la presin y dar lugar a una explosin. Los incendios generalmente se producen en situaciones en que la mezcla de combustible y oxidante se controla por el propio proceso de combustin. Como resultado, la velocidad de combustin por unidad de volumen es muy inferior y no se produce el rpido aumento de presin que caracteriza a las explosiones. Para que surja la ignicin, la concentracin de combustible en cada atmsfera oxidante tiene que ser la adecuada. Una vez iniciada sta, necesita la aportacin continuada de combustible - oxidante para que contine la combustin. En los casos de gases, vapores, nieblas formadas por pequeas gotas de lquido, espumas o polvos slidos (todos ellos combustibles), la atmsfera formada puede contener mezclas de dos clases: mezclas homogneas (uniformes) y heterogneas (no uniformes). La mezcla homognea es la formada por componentes mezclados de manera ntima y uniforme de modo que una pequea muestra representa la totalidad de la mezcla. La composicin de la mezcla homognea inflamable flucta entre los lmites de la inflamabilidad del gas o vapor, niebla, espuma o polvo combustible, contenido en la atmsfera del lugar, a presin y temperatura determinada.

3. LIMITES DE INFLAMABILIDAD. Son los lmites mximo y mnimo de la concentracin de un combustible dentro de un medio oxidante, por lo que la llama, una vez iniciada, contina propagndose a presin y temperatura especificadas. Por ejemplo: las mezclas aire - hidrgeno, permiten la propagacin de la llama si la concentracin de hidrgeno se encuentra entre el 4 y el 74% en volumen, 21 grados centgrados y a presin atmosfrica. La cifra menor, es el lmite mnimo (mezcla pobre), y la mayor, el lmite mximo (mezcla rica) de la inflamabilidad. Al aumentar la temperatura de la mezcla, se ensancha el margen de inflamabilidad; al disminuir la temperatura, el margen se estrecha. Al variar la temperatura, la mezcla inflamable puede dejar de serlo al quedar situada por encima o por debajo de los lmites de inflamabilidad, segn las condiciones ambientales.



Si los combustibles lquidos estn en equilibrio con sus vapores en el aire, cada combustible presenta una temperatura mnima por encima de la cual hay vapor en cantidad suficiente para formar una mezcla inflamable de vapor - aire. As mismo, hay una temperatura mxima por encima de la cual la concentracin del vapor combustible es demasiado elevada para propagar la llama. Estas temperaturas se denominan temperaturas mnima y mxima de inflamacin en el aire. Si las temperaturas son inferiores a la temperatura mas baja de inflamacin, el vapor del combustible en la fase gaseosa no es suficiente para permitir la inflamacin homognea. Las temperaturas de inflamacin de un lquido combustible aumentan al hacerlo la presin ambiente.

4. PUNTO DE INFLAMACION. Es la temperatura ms baja que necesita un lquido contenido en un recipiente abierto para emitir vapores en proporcin suficiente para permitir la combustin continuada. Esta temperatura es generalmente superior en unos cuantos grados a la temperatura ms baja de inflamacin. En los combustibles usuales, la velocidad mnima de produccin de vapores necesaria para permitir la combustin oscila alrededor de 4 gramos por metro cuadrado por segundo. El fuego puede propagarse sobre lquidos cuyas temperaturas son muy inferiores a sus temperaturas de inflamacin mas bajas, si existe previamente un foco de ignicin que caliente una zona por encima de la temperatura de ignicin o punto de inflamacin.

5. CATALIZADORES, INHIBIDORES Y CONTAMINANTES. Catalizador es una sustancia cuya presencia, an en pequea cantidad, incrementa fuertemente la velocidad de una reaccin, pero sin experimentar en s misma ningn cambio tras la reaccin. Por ejemplo: la pequea cantidad de platino existente en el convertidor cataltico de un automvil, que es responsable de la total consumicin del combustible residual, sin que aquel experimente variacin alguna. Inhibidores, se les llama tambin estabilizadores. Son productos qumicos que pueden agregarse en pequeas cantidades a una materia inestable para impedir una reaccin vigorosa. Los materiales ignfugos actan generalmente como inhibidores. Por ejemplo: al agregar a los materiales de plstico pequeas cantidades de compuestos de cloro o bromo, se reduce su inflamabilidad. Contaminantes, son materiales extraos, que una sustancia no contiene normalmente y que pueden llegar a actuar como catalizadores o participar por si mismos en una reaccin potencialmente peligrosa. Algunos contaminantes inertes, mezclados en cantidad suficiente con algunos materiales plsticos, pueden reducir significativamente su capacidad de inflamacin.

6. MATERIALES ESTABLES E INESTABLES. Materiales estables son aquellos que normalmente no experimentan cambios en su composicin qumica aunque estn expuestos al aire, agua, calor, golpes o presiones. Pero pueden arder como la mayora de los slidos. Los materiales inestables, son aquellos que expuestos al aire, agua, calor, golpes o presiones, se polimerizan, descomponen, condensan o reaccionan por si mismos. Por ejemplo: el acetileno.



TEMA 3 - PRINCIPIOS DEL FUEGO. 1. INTRODUCCION. Se dispone actualmente de conocimientos tcnicos sobre las caractersticas de la ignicin, combustin y propagacin del fuego en los materiales combustibles. Son distribuciones geomtricas muy sencillas, por lo que no permiten pronosticar adecuadamente la probabilidad de la ignicin y el incendio resultante en situaciones reales. No obstante, estos conocimientos proporcionan una informacin muy til. Se dispone de gran cantidad de informacin sobre las llamas que producen las mezclas preparadas, gracias a las ventajas que ofrecen los experimentos en condiciones controladas. Se conocen los lmites de inflamabilidad y velocidades de combustin de la mayora de las mezclas mas comunes de vapor y gas. (Zabetakis, 1965). Se puede calcular con exactitud las velocidades de combustin de las mezclas simples de hidrocarburos y aire en funcin de sus mltiples reacciones qumicas individuales. (Westbrook and Dryer, 1981). Otras situaciones sencillas son la combustin constante de gotas de combustible o pequeas muestras de plsticos simples. En estos casos, la combustin ocurre en llamas de difusin laminar de una fase gaseosa donde la combustin depende del caudal de combustible y aire aportado. Los incendios se diferencian de las explosiones, en que surgen en casos en que el combustible y el oxidante no estn previamente mezclados. La velocidad de combustin est limitada, mas por el aporte de combustible y aire al fuego, que por la velocidad de reaccin qumica bsica que tiene lugar en el seno de las llamas. Esta velocidad de reaccin es generalmente tan rpida, que consume todo el combustible y el material oxidante disponible para alimentar la reaccin en poco tiempo. En los incendios, el proceso bsico de la combustin en fase gaseosa tiene lugar en finas llamas laminares, denominadas llamas difusoras, que separan las zonas ricas en vapores combustibles de las regiones ricas en material oxidante. El material combustible y el material oxidante avanzan por difusin hacia esas llamas laminares donde se combinan y originan productos de combustin y calor que a su vez se alejan de aquellas por difusin. Si las llamas difusoras son pequeas - por ejemplo la llama de una cerilla o una vela - generalmente presentan un aspecto uniforme y constante. Son las llamadas llamas de difusin laminar. Si el incendio aumenta, las llamas pierden estabilidad y zigzaguean en busca de mas combustible u oxidante. Finalmente, al aumentar el fuego, el movimiento de las llamas alcanza caractersticas verdaderamente desordenadas, pasando a denominarse en este caso, llamas de difusin turbulenta. Se han logrado conocimientos sobre pequeos fuegos con presencia de llamas de difusin laminar. Por ejemplo: se puede calcular velocidades de propagacin de llamas (Williams, 1977) y velocidades de combustin estacionarias (Kim, 1971) de pequeos combustibles slidos en trminos de propiedades bsicas de combustin de formas geomtricas sencillas pero variadas (superficies planas o lisas, cilindros, etc.). En estos casos, las velocidades de combustin dependen de la transferencia del calor por las corrientes de conveccin desde la llama hasta el combustible slido que, en consecuencia, se gasifica y suministra vapores combustibles a las llamas. La corriente ascendente suministra el oxidante (aire) a las llamas. La corriente ascendente puede adems, aumentar la transmisin de calor por conveccin de las llamas al combustible slido. Si hay propagacin de la llama, la velocidad de propagacin depende del calor que las llamas transmiten hacia adelante y de los materiales combustibles que todava no arden y que necesitan calentarse previamente para suministrar vapores combustibles a las llamas. Los fenmenos de las llamas de difusin turbulenta en incendios importantes son menos conocidos, debido a que resulta difcil describir el movimiento turbulento de un gas y la radiacin de la llama, que es generalmente la forma dominante de transmisin del calor en estos incendios. La experiencia y las medidas que han podido tomarse demuestran el destacado papel que la radiacin de la llama juega en los incendios de grandes dimensiones, alterando incluso el orden relativo de inflamabilidad de los combustibles, en comparacin con el que presentan a escala inferior.

2. IGNICION Y COMBUSTION.



Para describir los diferentes fenmenos fsicos y qumicos existentes en los incendios, se analiza la ignicin, combustin y la eventual extincin de un tabln de madera en una situacin tpica, por ejemplo: una chimenea (Browne, 1958). Hay que suponer que el tabln experimenta un calentamiento inicial por radiacin.

Conforme la temperatura superficial se va aproximando a la temperatura de ebullicin 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 ebullicin del agua, el proceso de desecacin avanza hacia el interior de la madera.

Al continuar el calentamiento y acercarse la temperatura a 300 grados centgrados, se aprecia una modificacin del color, visualizacin de la pirolisis que se inicia, es decir, la descomposicin qumica que sufre la materia por efecto del calor. Al pirolizarse la madera, desprende gases combustibles y deja un residuo carbonoso negro, denominado carbn vegetal. La pirolisis profundiza en el tabln de madera a medida que el calor contina actuando.

Inmediatamente despus de comenzar la pirolisis activa, la madera produce rpidamente suficientes gases combustibles como para alimentar una combustin en fase gaseosa. Sin embargo, para que surja la combustin, hace falta una llama que la provoque o algn foco que produzca molculas qumicamente activas en cantidad suficiente para alcanzar la ignicin provocada. Si no existe este agente provocador, la superficie de la madera a menudo necesita alcanzar temperaturas mucho mas elevadas para que aparezca la auto ignicin.

Una vez producida la ignicin, una llama difusora cubre rpidamente toda la superficie pirolizada. La llama difusora evita el contacto directo entre la superficie pirolizada y el oxgeno. Entre tanto, la llama calienta la superficie del tabln y produce un aumento en la velocidad de la pirolisis. Si retiramos el foco original que proporciona el calor radiante al producirse la ignicin, la combustin contina siempre que el tabln de madera sea bastante delgado (inferior a de pulgada, 1,9 cm.). En caso contrario, las llamas se apagan porque la superficie del tabln pierde demasiado calor por radiacin trmica y por conduccin hacia su interior. Si existe una superficie de madera (o material aislante) paralela y contigua situada frente al tabln inflamado, puede captar y devolver gran parte de la prdida de radiacin superficial, de modo que el tabln inflamado contine ardiendo aunque retiremos el foco de calor inicial. Esto explica porqu no podemos quemar un solo tronco en la chimenea, sino varios, capaces de captar las prdidas de calor radiante unos de los otros.

El grosor de la capa carbonizada aumenta al continuar la combustin. Dicha capa, que posee buenas propiedades de aislante trmico, limita el caudal de calor que penetra hacia el interior de la madera y, por lo tanto, tiende a reducir la intensidad de la pirolisis, la cual disminuye tambin al agotarse el volumen de madera sin pirolizar. Al disminuir la intensidad de la pirolisis hasta que no puede mantener la combustin de la fase gaseosa, el oxgeno del aire entra en contacto directo con la capa carbonizada y facilita que contine directamente la combustin incandescente si las prdidas de calor radiante no son demasiado elevadas.

El anlisis anterior presupone un caudal de aire abundante, pero no excesivo, para alimentar la combustin. Si el caudal de oxidante no es suficiente para quemar el vapor combustible existente, los vapores sobrantes se desplazarn con l, y probablemente ardern cuando encuentren una cantidad suficiente de oxidante. Este es el fenmeno que sucede cuando los vapores de combustible descargan por una ventana y arden en el exterior de una habitacin completamente incendiada pero insuficientemente ventilada. Generalmente, los fuegos con poca ventilacin generan grandes cantidades de humo y productos txicos.

Si sometemos la superficie pirolizada a un chorro de aire a presin, 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 reaccin qumica y extinguirlas. Esto sucede cuando soplamos sobre una cerilla o una vela.

Al soplar sobre fuegos de grandes dimensiones - con produccin de grandes cantidades de vapores combustibles- se incrementa la intensidad de la combustin debido al aumento de transmisin de calor desde la llama hasta la superficie del combustible, el cual aumenta a su vez la emisin de sustancias combustibles.

Una vez inflamada cierta parte del tabln de madera, las llamas probablemente se extendern a la totalidad del material. Cabe considerar la propagacin de la llama como una sucesin continua de ignicin provocada en que las propias llamas proporcionan el



foco de calor. Es fcil observar que la propagacin ascendente de las llamas es mucho mas rpida que en el sentido descendente u horizontal. Esto se debe a que el calor de las llamas se desplaza normalmente hacia arriba, y proporciona calor a una zona mucho mayor en sentido ascendente. Por tanto, cada sucesiva ignicin ascendente agrega al fuego un volumen ardiente mucho mayor que en cualquier otra direccin.

Generalmente, los materiales capaces de inflamarse fcilmente (con rapidez) tambin propagan rpidamente las llamas. La inflamabilidad de un material depende de su resistencia al calentamiento (inercia trmica) y al aumento necesario de la temperatura para que comience la pirolizacin. Los materiales que poseen inercia trmica baja, como por ej. Las espumas de material plstico o la madera de balsa, se calientan rpidamente al someterlos a un flujo trmico determinado. Estos materiales pueden inflamarse fcilmente y originar una propagacin mucho ms rpida de las llamas. Por otra parte, los materiales densos (madera de bano por ej.) Suelen tener inercias trmicas relativamente elevadas y la ignicin es difcil.

Las velocidades de combustin de los mayores y mas peligrosos incendios, estn fundamentalmente controladas por la transmisin de calor radiante desde las llamas a la superficie combustible en fase de pirolisis (de Reis, 1979). Esta radiacin de la llama procede principalmente de las partculas incandescentes de holln. Los combustibles que tienden a producir abundantes cantidades de holln o humo, (caso del poli estireno) tienden tambin 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.

Los fuegos con buena ventilacin liberan menos humo que aquellos con ventilacin deficiente. En fuegos bien ventilados, el aire circundante se mezcla rpidamente con los productos combustibles no incendiados (holln y vapores) antes de que los vapores del combustible se enfren. Los fuegos con ventilacin deficiente liberan grandes cantidades de humo y gases de la combustin incompleta, tales como CO. Los vapores del combustible no disponen de aire suficiente para su combustin completa antes de enfriarse y abandonar la zona. Los fuegos que se producen en atmsferas ricas en oxgeno, alcanzan mayores temperaturas de llama, incrementan la fraccin de calor liberado por radiacin y aumentan las velocidades de combustin por unidad de superficie combustible. Las mayores temperaturas de llama, generalmente, causan una mayor transformacin de vapores en holln, aumentando significativamente la velocidad de emisin de humo. Por ej. un fuego de metanol, bien ventilado, arde con una tpica llama azul (carencia de holln) en aire normal. Sin embargo, en una atmsfera rica en oxgeno, la llama podra ser humeante y muy luminosa. Esta sensibilidad a la concentracin de oxgeno ambiental, aumenta significativamente la radiacin de la llama, la velocidad de combustin y el consiguiente riesgo.

3. PROPIEDADES DE INFLAMABILIDAD DE COMBUSTIBLES SLIDOS Y LIQUIDOS DE ALTO PUNTO DE INFLAMACION.

Se puede resumir lo anterior, citando las propiedades de los combustibles que contribuyen a la peligrosidad del fuego en situaciones tpicas. Calor de combustin: es la cantidad mxima de calor liberado por la combustin completa de una unidad de masa de material combustible. Oxidante estequiomtrico: cantidad de oxidante necesaria para la combustin completa de una masa unidad de combustible. Los combustibles que necesitan grandes cantidades estequiomtricas de oxidante, a menudo producen llamas de gran altura que representan un peligro mayor de propagacin del fuego. La necesidad estequiomtrica de oxidante de los combustibles usuales (orgnicos), es aproximadamente proporcional a su calor de combustin, de modo que todos los combustibles orgnicos producen mas o menos, la misma cantidad de calor por unidad de masa de oxidante consumido. Calor de gasificacin: 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 al fuego en funcin de la cantidad de calor suministrado a la superficie pirolizada. A veces el riesgo de incendio de los materiales plsticos puede disminuirse agregando cargas inertes que aumenten el calor necesario para la gasificacin. Inflamabilidad provocada: esta propiedad es inversamente proporcional al tiempo que necesita un flujo calorfico aplicado a un material dado, para elevar su temperatura superficial hasta su temperatura de ignicin provocada. Este valor es importante, tanto para la ignicin como para la propagacin del fuego.



Formacin de carbn: muchos materiales, como la madera, sufren una carbonizacin progresiva a medida que el efecto pirolisis va ganado en espesor. Las propiedades aislantes de estas capas carbonizadas pueden reducir eficazmente la intensidad de combustin al limitar el caudal de calor que acta sobre el material an sin pirolizar. Las pinturas intumescentes simulan esta formacin de una capa carbonizada, de modo que al hincharse por calentamiento forman una capa aislante protectora. Formacin de holln: los combustibles cuyas llamas producen cantidades importantes de holln son generalmente ms peligrosos porque este aumenta la radiacin de la llama, que influye a su vez sobre la intensidad de la combustin. El mismo holln contribuye tambin a los daos originados por el humo. Inhibidores: cantidades pequeas de inhibidores qumicos agregados al combustible u oxidante pueden impedir las reacciones en la fase gaseosa. Estos inhibidores de llamas pueden retrasar eficazmente la ignicin y propagacin de las llamas en los incendios pequeos. As mismo, es posible inhibir las llamas agregando aditivos a los combustibles slidos para fomentar la carbonizacin y concentraciones mayores de vapor de agua en los gases de la pirolisis. Fusin: los combustibles que funden resultan a menudo mas peligrosos porque los materiales fundidos pueden aumentar la superficie de pirolisis. Adems, el material fundido puede constituir un peligro en si mismo. Toxicidad: generalmente, el CO es el txico mas importante que produce el fuego. Se encuentra presente en los gases de la pirolisis y en productos de una combustin incompleta (sin oxidar totalmente). Algunos materiales, sobre todo aquellos que contienen elementos distintos al C, H y O (por ej. Cloruro de polivinilo y el poliuretano), pueden originar otros componentes txicos. Geometra: la geometra de un material influye mucho sobre su posibilidad de inflamacin. Los materiales de poco grosor suelen inflamarse con mayor facilidad y la propagacin de las llamas es ms rpida. Las distribuciones geomtricas que permiten la entrada de aire abundante, aunque impiden las prdidas de calor radiante, generalmente resultan mas peligrosas.

4. PRINCIPIOS DE INFLAMABILIDAD. Estos son los principios fundamentales de la ciencia de proteccin contra incendios Para que surja la combustin necesitamos un agente oxidante, un material combustible y un foco de ignicin. Para inflamar o permitir la propagacin de las llamas, hay que calentar el material

combustible hasta su temperatura de ignicin provocada. La combustin posterior depende del calor que las llamas devuelven al combustible

pirolizado o vaporizado. La combustin contina hasta que:

se consuma el material combustible, o la concentracin del producto oxidante descienda por debajo de la necesaria

para permitir la combustin, o haya suficiente calor eliminado o alejado del material combustible como para

impedir que contine la pirolisis del combustible, o la utilizacin de productos qumicos inhiba las llamas, o la temperatura de

las mismas descienda hasta un valor suficiente para impedir las reacciones posteriores.



TEMA 4 - MEDIDA DEL CALOR. La temperatura del material es el dato que determina si hay transferencia de calor desde este material a otros o viceversa. El calor fluye siempre desde las temperaturas ms altas a las mas bajas. La temperatura se mide en grados.

1. UNIDADES DE TEMPERATURA. Grado Celsius: tambin llamado centgrado. Un grado centgrado (C), es la centsima

parte de la diferencia entre la temperatura de fusin del hielo y la temperatura de fusin del agua a una atmsfera de presin. En la escala Celsius, el cero es el punto de fusin del hielo y 100 es el de ebullicin del agua.

Grado Kelvin: (K), tiene la misma magnitud que el grado Celsius. Sin embargo, el cero de la escala Kelvin (a veces denominado Cero Absoluto) es igual a - 273,15 C. El cero de la escala Kelvin es la temperatura mas baja que puede alcanzarse. La escala Kelvin proporciona las denominadas temperaturas absolutas.

Grado Fahrenheit: (F), es la 1/180 ava parte de la diferencia entre la temperatura de fusin del hielo y la temperatura de ebullicin del agua a una atmsfera de presin. En la escala Fahrenheit, 32 es el punto de fusin del hielo y 212 es el punto de ebullicin del agua.

Grado Rankine: (R), tiene la misma magnitud que el grado Fahrenheit. En la escala Rankine el cero es 459,67 F. Por lo tanto, la escala Rankine proporciona tambin temperaturas absolutas. Ni los F ni los R son unidades SI (Le Systeme International dUnites - Sistema Internacional de Unidades - SI) aprobadas. Su utilizacin no es aconsejada.

2. UNIDADES DE CALOR. Joules: es la cantidad de energa calorfica suministrada por un watio en un segundo.

Es unidad SI aprobada. Calora: es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de

agua en un grado Celsius (medido a 60F, - 15C). Una calora = 4.183 julios. Unidad Trmica Britnica: (Btu), es la cantidad de calor necesaria para elevar la

temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit (medido a 60 F, - 15,5 C). Una Btu tiene 1.054 julios (252 caloras), de donde se infiere que 1.054 watios calentaran una libra de agua un grado Fahrenheit en un segundo.

La calora y la Btu no son unidades SI aprobadas. La energa calorfica puede referirse como cantidad y como potencial (intensidad). Por ej. consideremos la siguiente analoga: Existen dos depsitos de agua situados uno al lado del otro. Supongamos que lleno el primer depsito, conteniendo el doble de agua que el segundo pero con idntica profundidad en ambos. En este caso, las presiones y el potencial de los dos son iguales. Si se comunicara el fondo de los dos depsitos con un tubo, el agua no pasara de uno a otro porque ambos tanques tienen la misma presin equilibrada. Del mismo modo, un cuerpo puede tener doble cantidad de energa calorfica (medida en Btu o caloras) que otro, pero si la intensidad de las energas de ambos cuerpos es igual (es decir, tienen igual temperatura), no habr cambio de energa de un cuerpo a otro al entrar en contacto. Se dice que los cuerpos estn en equilibrio. Si se pusiera en contacto con el primero un tercer cuerpo con temperatura inferior, el calor pasara del primero a este ltimo hasta que las temperaturas se igualaran. La cantidad de calor que pasa de un cuerpo a otro hasta que se alcanza el punto de equilibrio depende de las capacidades de cada uno de ellos para retener el calor. Esencialmente, la ignicin consiste en el aumento de intensidad de calor de un cuerpo por medio de la adicin de temperatura; por lo tanto, la extincin fsica del fuego se realiza generalmente por medio de una reduccin de la intensidad del calor, apartando el origen del incremento de temperatura. La extincin qumica del fuego funciona por otro mecanismo, interrumpiendo las reacciones qumicas que son necesarias para que se realice el proceso de combustin (Westbrook and Dryer, 1981).

3. MEDICION DE TEMPERATURAS. Los dispositivos para medir temperaturas miden generalmente un cambio fsico (dilatacin de un slido, lquido o gas), o un cambio de estado (slido o lquido), o un cambio energtico (cambios en el potencial de la energa elctrica, o sea, en la tensin), o cambios en la emisin trmica por radiacin y/o distribucin espectral.



Termmetros de expansin o dilatacin de lquidos. Consiste en un tubo parcialmente lleno de un lquido que se contrae o se expande con el cambio de temperatura. Dicho tubo est calibrado para poder realizar lecturas del nivel de expansin o contraccin del lquido en grados de una de las escalas de temperatura.

Termmetros bimetlicos. Constan de dos metales con dos diferentes coeficientes de expansin, laminados y dispuestos en forma de cinta o espiral. Al cambiar la temperatura, las dos partes del metal laminado se expanden o contraen haciendo que la cinta o espiral se deforme. Esta deformacin se mide en una escala calibrada en grados de temperatura.

Fusin de slidos. Este mtodo se vale de la propiedad de los slidos de fundirse o cambiar de estado con el aumento de temperatura. En este tipo de termmetro, un cuerpo slido (metal, producto qumico o mezcla qumica) cuyo punto de fusin es perfectamente conocido, indica si un objeto caliente est por encima o por debajo del punto de fusin del slido. El metal autntico de un rociador (sprinklers) experimenta esta fusin cuando se somete al fuego, lo que pone en accin al rociador.

Termopares: Constan de un par de alambres de metales distintos conectados entre s por un extremo; o sea, por el extremo detector, mientras que los otros extremos van conectados a un voltmetro. Si la temperatura que acta sobre el extremo detector es diferente de la que acta sobre el voltmetro, produce una tensin cuya magnitud depende, en parte, de la diferencia de temperatura entre ambos extremos. Podemos calibrar el voltmetro para medir valores en grados de temperatura.

Pirmetros: Miden la intensidad de la radiacin procedente de un objeto caliente. Como dicha intensidad depende de la temperatura, stos pueden calibrarse para obtener lecturas en grados de temperatura. Los pirmetros pticos miden la intensidad de una cierta longitud de onda de la radiacin.

4. CALOR ESPECIFICO. El calor especfico de una sustancia indica la cantidad de calor que absorbe al aumentar su temperatura. Es la cantidad de energa trmica necesaria para elevar un grado de temperatura la unidad de masa de una sustancia. Se expresa en J/g (C) o cal/g (C) o Btu/lb (F). El agua tiene un calor especfico de 4,2 J/g (C) = 1 Btu/lb (F). Los calores especficos de las distintas sustancias varan ampliamente. Las mas comunes, excepto el agua, tienen calores especficos inferiores a 4,2 J/g (C). Las cifras de calor especfico tienen importancia en proteccin contra incendios, pues indican la cantidad relativa de calor necesarias para elevar las temperaturas de ciertas materias a un punto peligroso, o la cantidad de calor que debe suprimirse para enfriar una sustancia caliente y ponerla a una temperatura de seguridad. Una de las razones de la eficacia del agua como agente extintor es que su calor especfico es mas alto que el de la mayora de las otras sustancia.

5. CALOR LATENTE. Las materias absorben calor cuando pasan del estado slido al lquido y del estado lquido al gaseoso. Inversamente, pierden calor en el proceso de conversin de gas a lquido o de lquido a slido. Calor latente es la cantidad de calor absorbido por una sustancia al pasar entre las fases lquida y gaseosa (calor latente de vaporizacin) o entre las fases slida y lquida (calor latente de fusin). Se expresa en Jules por unidad de masa. El calor latente de fusin del agua (a presin atmosfrica normal) en el punto de congelacin o fusin del hielo a 0C (32F) es 333,4 J/g. El calor latente de vaporizacin en el punto de ebullicin de 100C (212 F) es 2.257 J/g (970,3 Btu/lb o 539,5 cal/g). El mayor calor de vaporizacin del agua es otra de las razones de su eficacia como agente extintor. El calor latente de las sustancias comunes es muy inferior al del agua. El calor absorbido por el agua se sustrae del sistema en combustin y no puede emplearse en propagar la llama, ya sea por evaporacin de ms lquido o por pirolisis de ms slido.



TEMA 5 TRANSMISION DEL CALOR La transferencia de calor determina la ignicin, combustin y extincin de la mayora de los incendios, el calor se transmite por uno o ms de los siguientes mtodos

CONDUCCION CONVECCION RADIACION

1. CONDUCCION. Es la transferencia de calor por contacto directo entre dos cuerpos. Por ej. una tubera de vapor en contacto con una pieza de madera transfiere su calor a la madera por contacto directo; la tubera es el conductor. La cantidad de energa trmica transferida por conduccin entre dos cuerpos en un momento dado est en funcin de la diferencia de temperatura y de la conductancia de la zona de contacto. La conductancia depende de las conductividades trmicas, de la seccin transversal perpendicular a la trayectoria de conduccin y de la longitud de esa trayectoria. La magnitud de la transferencia trmica es por tanto, la cantidad de calor por unidad de tiempo, mientras que el flujo de calor es la cantidad de calor por unidad de rea de la seccin transversal, por unidad de tiempo. La conductividad trmica de una materia es el flujo de energa trmica debido a la unidad de gradiente de temperatura (cada de un grado por unidad de distancia). Una unidad tpica de conductividad trmica es el J/ (cm . seg . C) o el W/ cm . C. La conduccin de calor a travs del aire u otros gases es independiente de la presin, dentro del margen normal de presiones. Se acerca a cero solamente a presiones muy bajas. En el vaco absoluto no se transmite el calor. Los slidos son mejores conductores de calor que los gases: los mejores aislantes trmicos comerciales consisten en pequeas partculas o fibras de sustancias slidas cuyos intersticios estn ocupados por aire. La conduccin de calor no puede impedirse totalmente por ningn material termo aislante. En este aspecto, el flujo de calor no puede compararse con el del agua, que puede detenerse por medio de una barrera slida. Los materiales aislantes trmicos pueden tener una conductividad trmica muy baja, pero sea cual sea el espesor del espacio entre la fuente de calor y el material combustible, puede no ser suficiente para impedir la ignicin de este ltimo. Si el valor de la conduccin trmica es mayor que el de la disipacin del mismo a travs del material combustible, la temperatura de ste puede aumentar hasta su punto de ignicin. Por ejemplo, en el caso de la madera, en lugar de confiar exclusivamente al material termo aislante la misin de proteccin de la misma, debe existir siempre una cmara de aire o algn otro medio de disipacin del calor por conveccin. Han ocurrido incendios debidos a la transmisin de calor durante un perodo prolongado a travs de muros de hormign macizo de hasta 0,60 mts. de espesor. Por lo que respecta a la conduccin de calor, las propiedades fsicas mas importantes son su conductividad trmica (K), su densidad (e) y su calor especfico (c). El producto de estos dos ltimos valores (ec) tiene inters en el campo de la conduccin trmica. Esta combinacin es la medida de la cantidad de calor necesaria para elevar la unidad de volumen de materia por unidad de temperatura. La unidad corriente podra ser el Julio por centmetro cbico y por grado Celsius (J/ (cm3 . C), pudindose denominar a esta magnitud como la capacidad trmica por unidad de volumen. La conductividad trmica de una materia es la medida del valor del flujo de calor a travs de una unidad de superficie de material con un gradiente unidad de temperatura. Gradiente de temperatura, en unidades, significa que, en la direccin del flujo de calor, la temperatura cae un grado por unidad de distancia. La unidad tpica de conductividad trmica es el J (cm3 . seg . C). El tiempo necesario para que la onda trmica penetre en un cuerpo aumenta con el cuadrado de su espesor.

2. CONVECCION. En un medio fluido circulante - gas o lquido - el calor se transmite por conveccin. As, el calor generado por una estufa es distribuido por una habitacin calentando el aire inmediato por conduccin; la circulacin del aire caliente por toda la habitacin lleva el calor por conveccin, hasta los puntos ms distantes, transmitindose el calor del aire a los objetos por conduccin. El aire caliente se expande y se eleva, y por esta razn la transferencia de calor por conveccin ocurre en sentido ascendente, aunque puede conseguirse que las corrientes de aire transfieran el calor por conveccin en muchas direcciones, por ejemplo, utilizando un ventilador o soplante.



El trmino "conveccin de calor" se utiliza tambin para describir el modo en el que se transmite el calor entre un fluido y una superficie slida.

3. RADIACION. Es una forma de energa que se desplaza a travs del espacio o de los materiales en forma de ondas electromagnticas, como la luz, las ondas de radio o los rayos X. Todas las ondas de energa radiante circulan en el vaco a la velocidad de la luz. Al tropezar con un cuerpo, son absorbidas, reflejadas o transmitidas. La luz visible abarca longitudes de onda entre 0,4 x 10-6 hasta 0,7 x 10-6 metros (violeta a rojo). Las emisiones resultantes de un proceso de combustin ocupan principalmente la regin del infrarrojo (longitudes de onda superiores a la longitud de onda del rojo). Nuestros ojos ven solamente una fraccin mnima emitida en la regin visible. Un ejemplo corriente de radiacin es la llama de una vela. El aire calentado por la llama se eleva mientras que el aire fro se mueve hacia abajo en direccin a la llama para alimentarla con oxgeno, mantenindose as la combustin. Si ponemos la mano al lado de la llama, experimentamos una sensacin de calor. Esta energa es la denominada radiacin o calor radiante. En los fuegos pequeos (como el de la vela), la mayor parte del calor abandona la zona de combustin debido a la conveccin, como detectamos al situar la mano sobre la llama en vez de a un lado. Sin embargo, los incendios mayores y ms peligrosos liberan cantidades de energa aproximadamente iguales por radiacin y por conveccin. La energa irradiada es ms peligrosa porque las superficies estticas prximas al fuego absorben fundamentalmente toda la radiacin que incide sobre las mismas, mientras que la mayora de la energa transmitida por conveccin fluye a lo largo de la superficie arrastrada por el chorro de gases. La energa radiante avanza en lnea recta. Lgicamente, el calor recibido de un foco pequeo sera menor que el de una superficie irradiante grande, siempre que los focos emitan la misma energa por unidad de superficie, tal cual se ilustra en la siguiente figura.

El calor radiante pasa libremente a travs de gases formados por molculas biatmicas simtricas, como el hidrgeno (H2), el oxgeno (O2) y el nitrgeno (N2), pero es absorbido por las partculas en suspensin, tales como el humo, y en bandas de menor longitud de onda, por molculas asimtricas como el vapor de agua (H2O), monxido de carbono (CO), dixido de carbono (CO2) y dixido de azufre (SO2). Aunque la concentracin de estos gases en la atmsfera sea baja, la presencia de dixido de carbono y vapor de agua evita que las radiaciones en las bandas de 2,8 micras y, sobre todo, de 4,4 micras, lleguen a la superficie de la tierra. Esto se ha aprovechado para desarrollar los detectores de llamas por infrarrojos, que no detectan la radiacin solar y responden slo a las ondas de 2,8 o 4,4 micras. Estas son las longitudes de onda en las que emiten el vapor de agua y el dixido de carbono en las llamas. Adems, el vapor de agua y el dixido de carbono presentes en la atmsfera pueden absorber importantes cantidades de radiaciones a gran distancia de grandes fuegos. Esto ayuda a explicar por qu los incendios forestales son menos peligrosos los das en que hay gran humedad. Adems, como las gotitas de agua absorben casi todas las radiaciones infrarrojas incidentes, las nieblas o pulverizaciones de agua son atenuadores eficaces de las radiaciones. Cuando dos cuerpos se sitan frente a frente y uno tiene mayor temperatura que el otro, la energa radiante pasar del mas caliente al mas fro hasta que los dos alcancen la misma temperatura (equilibrio trmico). La capacidad de absorcin del calor radiado est en funcin de la clase de superficie del cuerpo mas caliente. Si la superficie receptora es brillante o pulida, reflejar la mayor parte del calor radiante. Si es negra u oscura,



absorber la mayor parte del calor. La mayora de los materiales que no son metlicos, en la prctica, resultan negros a las radiaciones infrarrojas, aunque sometidos a la radiacin visible parezcan claros o coloreados. Algunas sustancias, como el agua o el vidrio, son transparentes a la radiacin visible y permiten su paso con absorcin mnima. Sin embargo, tanto el agua lquida como el vidrio son opacos para la mayor parte de las longitudes de onda infrarrojas. El principio de funcionamiento de los invernaderos de cristal y de los paneles solares reside en que son transparentes a la radiacin visible del sol, mientras que, al mismo tiempo, son opacos a la radiacin infrarroja que intenta salir de ellos. Los materiales metlicos brillantes son reflectores excelentes de la energa radiante. Por ejemplo, el papel de aluminio suele utilizarse unido a la fibra de vidrio como material aislante en los edificios. Tambin suelen utilizarse chapas metlicas colocadas debajo de las estufas o en los muros expuestos al calor. La ley de Stefan-Boltzmann enuncia que la emisin radiante por unidad de superficie de una superficie negra es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Puede expresarse esta ley mediante la frmula:

q = e o T4

q = la emisin radiante por unidad de superficie. e = el factor de correccin de la capacidad de emisin superficial (en la mayora de los

materiales no metlicos es generalmente prximo a 1 en la regin de longitud de onda infrarroja y, por tanto, puede normalmente despreciarse.

o = la constante de proporcionalidad de Stefan-Boltzmann (igual a 5,67 x 10-12 Watios/ (cm2 . K4).

T = la temperatura absoluta expresada en grados Kelvin. Para comprender la importancia de esta cuarta potencia, vale el siguiente ejemplo: Se ha proyectado un calefactor para que funcione con seguridad a 260 C de temperatura de la superficie exterior. Hasta qu punto aumentar la cantidad de calor irradiado si permitimos que la temperatura de la superficie exterior aumente 100C (hasta 360 C), o que aumente 240C (hasta 500C)? En primer lugar, convertimos los C en K sumando 273 a dichos valores. A continuacin asumimos la hiptesis usual de que la superficie es negra y calculamos

la emisin radiante por unidad de superficie adecuada para un funcionamiento seguro (260C), mediante: q = o (260 + 273)4 = 5,67 x 10-12 x (533)4 = 0,46 watios/cm2.

Los valores correspondientes de las emisiones radiantes por unidad de superficie a temperaturas mas elevadas son: q = o (360 + 273)4 = 0,91 watios/cm2 q = o (500 + 273)4 = 2,0 watios/cm2

Vemos que al aumentar la temperatura de la estufa en 100C solamente, duplicamos aproximadamente su emisin de 0,46 a 0,91 watios/cm2. Esta es la consecuencia espectacular de la cuarta potencia. Si la radiacin calorfica fuese slo la consecuencia de la primera potencia de la temperatura absoluta, aumentara solamente en un 20% (aproximadamente), a medida que la temperatura absoluta se elevara de 533 a 633K.

Por ltimo, si por descuido la estufa alcanzase 500C, emitira 2,0 watios/cm2, que es una cantidad de energa suficientemente alta como para inflamar muchos de los mobiliarios de uso comn en viviendas.

Las estufas de carbn o madera utilizadas en las casas pueden experimentar a veces aumentos de temperatura sin control cuando el caudal de aire sea demasiado elevado. Por esto, es necesario limitar la transferencia mxima de calor radiante recibido, manteniendo los muebles suficientemente alejados de las estufas. La energa radiante transmitida por un foco puntual a una superficie receptora es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que separa ambos puntos. Si el tamao de la estufa es relativamente pequeo comparado con su distancia a los objetos prximos, sta actuar como un foco puntual, por lo tanto, duplicando la distancia que la separa de los muebles, disminuir el calor radiante que incide sobre los mismos por unidad de superficie, en un factor igual a 4. Si los objetos estn cerca de la estufa, sta se comportar como una superficie grande y cualquier variacin pequea en la distancia que



separa los objetos, ejercer una influencia mnima o nula sobre la gravedad de la transferencia de calor radiante. Un ejemplo podra ser un gran horno, situado a pocos centmetros de un muro combustible. En este caso, habra que proteger al muro con algn medio, tal como una placa incombustible revestida de metal brillante, o algo similar. Se conoce bastante el fenmeno de la radiacin sobre superficies slidas. Del mismo modo, se puede calcular con bastante exactitud la transferencia de calor radiante absorbida o emitida por los gases de composicin y temperaturas conocidas. La dificultad est en calcular la radiacin de las llamas, porque la mayor parte de sta procede del holln generado por ellas, y los valores de ese holln han sido medidos muy pocas veces. Esta falta de datos a veces impide calcular la intensidad del fuego. Sin embargo, se puede utilizar una regla aproximada. La produccin total de calor radiante de las llamas (de altura superior a 20 cm.) alcanza generalmente entre el 30 y el 40% de la produccin mxima calorfica, si suponemos que la combustin es completa. Una cantidad semejante de energa se emite por conveccin a travs de los productos no inflamados totalmente.



TEMA 6. FUENTES DE ENERGIA CALORIFICA O FOCOS DE IGNICION Como la prevencin y extincin del fuego dependen del dominio que se ejerza sobre la energa calorfica, es importante conocer las formas ms comunes en que se produce dicha energa. Existen bsicamente cuatro fuentes de energa calorfica:

Energa qumica. Energa elctrica. Energa mecnica. Energa nuclear.

1. ENERGIA CALORIFICA QUIMICA. Las reacciones de oxidacin generalmente producen calor. Los siguientes son los tipos de fuente de calor que constituyen el principal inters en la proteccin contra incendios. Calor de combustin. Es la cantidad de calor emitido durante la oxidacin completa de una sustancia (conversin de la sustancia en dixido de carbono y agua). El calor de combustin, denominado comnmente poder calorfico, depende del tipo y nmero de tomos de la molcula y su disposicin en la misma. Generalmente, se expresa en julios por gramo, o Btu por libra o caloras por gramo. (1 Btu/lb = 2,32 J/gr y 1 cal/ g = 4,18 J/gr). En el caso de los gases combustibles los poderes calorficos suelen expresarse en Btu/pie3 (kJ/m3). Los valores calorficos se utilizan al calcular la carga de fuego, pero no indican necesariamente el riesgo relativo del incendio, ya que ste depende de la velocidad de combustin y de la cantidad total de calor generado. Es interesante el hecho de que se produzca calor en las oxidaciones incompletas o parciales verificadas en algunas etapas de casi todos los fuegos accidentales y en el calentamiento espontneo por oxidacin. En casi todos los compuestos de carbono e hidrgeno, o de carbono, hidrgeno y oxgeno (donde se incluyen las sustancias vegetales y las procedentes del petrleo), el calor de la oxidacin, tanto si es completa como parcial, depende del oxgeno consumido. En estas sustancias corrientes (tales como carbn, gas natural, plsticos corrientes, madera, algodn, azcares y aceites vegetales o minerales), el calor de la oxidacin alcanza aproximadamente 3 kJ/gr (3.700 kJ/m3 o 100 Btu/pie3) de aire consumido, con independencia de que la combustin sea mas o menos completa. Por esta razn, el caudal de aire ( oxgeno) limita, en cada caso, el calor producido por el fuego o el calentamiento espontneo por oxidacin. Calentamiento espontneo. Proceso de aumento de temperatura de un material dado sin que para ello extraiga calor de su entorno. El calentamiento espontneo de un material hasta su temperatura de ignicin tiene por resultado la ignicin espontnea o la combustin espontnea. Las causas fundamentales son pocas, pero las condiciones bajo las cuales estos factores fundamentales operan hasta llegar a plantear una situacin peligrosa son muchas y muy variadas. Hay tres circunstancias que tienen una gran relacin con la peligrosidad del calentamiento originado por la reaccin de oxidacin, que son:

La cantidad de aire disponible. La tasa de generacin de calor. Las propiedades aislantes del entorno inmediato.

Prcticamente todas las sustancias orgnicas expuestas a la atmsfera que sean capaces de combinarse con oxgeno se oxidan a cierta temperatura crtica con desprendimiento de calor. La tasa de oxidacin a temperaturas normales es generalmente tan baja que el calor que se desprende se transfiere al entorno inmediato a la misma velocidad con que se forma, con el resultado de que no existe aumento de temperatura en el material combustible sujeto a oxidacin. Sin embargo, esto no es vlido para todos los materiales combustibles, puesto que ciertas reacciones de oxidacin a temperaturas normales se genera calor ms rpidamente de lo que se puede disipar, dando lugar a la ignicin espontnea. Para que se verifique una ignicin espontnea debe disponerse de cantidad de aire suficiente para permitir la oxidacin, aunque no tanta como para que el calor se elimine por conveccin a la misma velocidad que se forma. Un trapo empapado en aceite vegetal, que podra calentarse espontneamente estando situado en el fondo de un cubo de basura, normalmente no se calentara si estuviera colgado en un tendedero, donde el movimiento del aire eliminara el calor. Tampoco es de esperar que se calentara si estuviera contenido en una bola de trapos firmemente comprimidos. Por el contrario, una bola que no estuviera empaquetada de ese modo, debido a la existencia de mayor cantidad de aire y a su efecto aislante, podra proporcionar las condiciones ideales para que se produjera el



calentamiento. Debido a la gran cantidad de posibles combinaciones de los factores interconectados de suministro de aire y aislamiento, es imposible predecir con exactitud en qu condiciones puede calentarse espontneamente un material. En presencia de aire, las sustancias objeto de oxidacin comienzan a formar productos de oxidacin parcial que pueden actuar como catalizadores del siguiente paso de oxidacin. Por ejemplo, el aceite de oliva rancio, expuesto al aire, se oxida a una velocidad mayor que el aceite fresco que no ha sido expuesto al aire. La adicin de calor puede iniciar un calentamiento espontneo en algunos materiales combustibles que no estn sujetos a este fenmeno a temperaturas ordinarias. En estos casos, el precalentamiento aumenta la tasa de oxidacin lo suficiente para que el calor se produzca a mas velocidad de la que se pierde. Muchos incendios han comenzado por el calentamiento espontneo de espuma de caucho despus de su precalentamiento en un secador. La oxidacin bacteriana es causa corriente del calentamiento de las cosechas agrcolas por ser el calor uno de sus productos. Puesto que la mayor parte de las bacterias no sobrevive a temperaturas muy superiores a los 70 u 80C, se cree que el calentamiento continuado de los productos agrcolas hasta alcanzar sus temperaturas de ignicin podra deberse a la oxidacin rpida iniciada a continuacin de un precalentamiento bacteriolgico. El contenido de humedad de los productos agrcolas tiene una definida influencia en el riesgo de calentamiento espontneo. El heno hmedo o curado indebidamente tiende a calentarse dentro de los pajares. Tal calentamiento puede producir la ignicin en un perodo de entre dos y seis semanas despus del almacenamiento. La harina de alfalfa que haya estado expuesta a la lluvia y almacenada a continuacin en silos o pilas es muy propensa al calentamiento espontneo. Los porotos de soja almacenadas en silos provocan la llamada "combustin de silo" (el grano prximo a las paredes del silo se chamusca debido a la condensacin de humedad en las superficies internas de las paredes y al auto-calentamiento del grano). Otros productos agrcolas susceptibles de calentamiento espontneo son aquellos con alto contenido de aceites oxidables, tales como la de harina de maz, la linaza y el salvado de arroz. Calor de descomposicin. Es desprendido por la descomposicin de compuestos que requieren la presencia de calor durante su formacin. Como la mayor parte de los compuestos qumicos se producen por reacciones exotrmicas, el calor de descomposicin no es un fenmeno muy comn. Los compuestos formados a partir de reacciones endotrmicas son frecuentemente inestables. Cuando comienza la descomposicin por calentamiento por encima de la temperatura crtica, dicha descomposicin contina por s sola con liberacin de calor. El nitrato de celulosa es muy conocido por su tendencia a descomponerse con liberacin de peligrosas cantidades de calor. La accin qumica responsable del efecto de muchos de los explosivos militares o comerciales es la rpida descomposicin de un compuesto inestable. Calor de disolucin. Es el que se desprende al disolverse una sustancia en un lquido. La mayor parte de las materias emiten calor al disolverse, aunque su cantidad no es generalmente suficiente para que tenga algn efecto en lo que respecta a la proteccin contra incendios. Algunos productos qumicos (tales como el cido sulfrico concentrado) emiten calor en cantidades que pueden llegar a ser peligrosas. Los productos que reaccionan en al agua de esta manera no son combustibles por s mismos, pero el calor liberado puede ser suficiente para producir la ignicin de algn material combustible prximo. Inversamente a la mayor parte de los materiales, el nitrato amnico absorbe calor cuando se disuelve en agua (calor de solucin negativo). Algunos productos de primeros auxilios para empleo en los casos en que se recomienda la aplicacin del fro consisten en nitrato amnico seco en paquetes estancos que se enfran en contacto con agua.

2. ENERGIA CALORFICA DE ORIGEN ELECTRICO. En el proceso del flujo de la corriente a travs de un conductor, los electrones van pasando de tomo en tomo dentro del mismo con frecuentes colisiones entre las partculas atmicas que se encuentran en el camino. Los mejores conductores, como el cobre y la plata, contienen sus electrones externos ms fcilmente eliminables, de modo que la fuerza o voltaje necesario para establecer o mantener una unidad de corriente elctrica (o flujo de electrones) a travs del conductor es menor que en otras sustancias compuestas de tomos con enlaces mas fuertes. As, la resistencia elctrica de cualquier sustancia depende de sus caractersticas atmicas y moleculares y es proporcional a la energa necesaria para mover cualquier unidad de cantidad de electrones a travs de la sustancia, venciendo las fuerzas de colisin y captura de electrones. Este gasto de energa aparece en forma de calor.



Calentamiento por resistencia. Cuando la tasa de generacin de calor es proporcional a la resistencia y al cuadrado de la corriente, se llama calentamiento por resistencia. Puesto que la temperatura del conductor resultante del calentamiento por resistencia depende de la disipacin del calor a su entorno, los cables descarnados pueden aportar mayor corriente que los provistos de aislamiento, sin calentarse en forma peligrosa, y los alambres individuales pueden aportar mas corriente que los mltiples o los que estn fuertemente agrupados. El calor generado por las lmparas incandescentes o infrarrojas se debe a la resistencia de sus filamentos. Para fabricar filamentos capaces de calentarse al blanco en las lmparas incandescentes, se emplean materiales con un punto de fusin muy alto y su destruccin por la oxidacin se impide por medio del vaco parcial de la lmpara y la supresin del oxgeno. Los filamentos de lmparas infrarrojas funcionan a temperaturas mucho mas bajas. Los mejores reflectores para dichas lmparas son a base de oro, ya que es de los mejores reflectores de esa radiacin. Calentamiento dielctrico. Al someter los tomos a gradientes de potencial elctrico de origen externo, la distribucin del tomo (o de una molcula de varios tomos) sufre deformaciones y los electrones intentan trasladarse en la direccin del potencial positivo, mientras que los protones lo hacen en direccin contraria. Esto ocurre tanto si el potencial externo aplicado procede de una batera o generador, como si es creado por un campo magntico. Aunque el potencial externo no baste para liberar electrones, la distorsin de la distribucin atmica o molecular normal representa un gasto de energa. Este fenmeno carece de importancia en la prctica si la fuerza externa es unidireccional, pero puede ser importante si el potencial es pulsante o alterno; por ejemplo, el calentamiento de un dielctrico (material que tiene buenas propiedades aislantes) puede alcanzar niveles importantes si la frecuencia alterna del potencial externo alcanza niveles elevados. Calentamiento por induccin. Siempre que un conductor est sujeto a la influencia de un campo magntico fluctuante o alterno, o entre en actividad a travs de las lneas de fuerza de un campo magntico, aparecen en l diferencias de potencial que dan como resultado un flujo de corriente con calentamiento por resistencia en el conductor. Ante estos potenciales rpidamente cambiantes o alternantes se gasta mayor cantidad de energa y al cambiar la polaridad aparece una energa calorfica debido a la distorsin mecnica y elctrica de la estructura molecular. Este ltimo tipo de calentamiento aumenta con la frecuencia de la alternacin. La comida colocada en un horno de microondas se calienta por la friccin molecular inducida por la energa de microondas que absorbe. Una forma til de calentamiento por induccin se crea al pasar una corriente alterna de alta frecuencia a travs de una espiral que rodea al material que hay que calentar. La corriente alterna que pase por un alambre puede inducir una corriente en otro alambre paralelo al mismo. Si el alambre al que se le induce la corriente no tiene una capacidad portadora suficiente (funcin de su seccin) para la magnitud de dicha corriente, se producir un calentamiento por resistencia. El calentamiento se debe principalmente a la resistencia al flujo y, en pequeo grado, a la friccin molecular. Calentamiento originado por corrientes de fuga. Los materiales aislantes existentes distan mucho de ser perfectos y permiten siempre que circule cierta intensidad de corriente al someter los aislantes a tensiones importantes. La corriente circulante puede denominarse corriente de fuga y, desde el punto de vista de la generacin de calor, normalmente carece de importancia. Sin embargo, si el material aislante no es adecuado para el cometido que realiza o si, por motivos de economa, ahorro de espacio o para obtener la mxima capacidad de un condensador, los materiales son muy delgados, las corrientes de fuga pueden superar los lmites de seguridad y calentar al aislante, originando los desperfectos consiguientes del material y su rotura final. Calor debido al arco elctrico. El arco elctrico se produce cuando un circuito elctrico que porta corriente se interrumpe, tanto si esta interrupcin es intencional (caso de un interruptor de cuchilla) como si es accidental (cuando se suelta un contacto o un terminal). La formacin de arco elctrico es especialmente grave cuando se produce en motores u otros circuitos inducidos. La temperatura de los arcos elctricos es muy alta y el calor emitido puede ser suficiente para producir la ignicin del material combustible o inflamable que pueda haber en sus cercanas. En algunos casos, el arco puede fundir el conductor. Un requisito para que un circuito elctrico pueda considerarse intrnsecamente seguro es que el arco producido por una interrupcin accidental de la corriente no desprenda suficiente energa para causar la



ignicin de las atmsferas peligrosas en las que el circuito est instalado. Calentamiento por electricidad esttica. La electricidad esttica, algunas veces llamada tambin electricidad por friccin, se corresponde a una acumulacin de carga elctrica en la superficie de dos materiales que se han unido y separado despus. Las superficies se cargan entonces positiva y negativamente. Si estas sustancias no estuvieran conectadas o puestas a tierra podran asimilar suficiente carga elctrica para producir una chispa. Los arcos estticos tienen generalmente muy corta duracin y no producen suficiente calor para causar la ignicin de materiales combustibles ordinarios tales como papel. Sin embargo, pueden ser capaces de causar la ignicin de gases o vapores inflamables o nubes de polvo combustibles. Un combustible que fluya por el interior de una tubera puede generar suficiente electricidad esttica, cuya energa puede causar la ignicin de un vapor inflamable. Calor generado por el rayo. El rayo es una descarga elctrica sobre una nube, hacia la carga opuesta de otra nube o sobre la tierra. Un rayo que pase de una nube a la tierra puede desarrollar temperaturas muy altas en cualquier material de alta resistencia que se encuentre en su camino, tal como madera o mampostera.

3. ENERGIA CALORFICA DE ORIGEN MECANICO. La energa calorfica de origen mecnico es responsable de un importante nmero de incendios. Calor generado por friccin. La energa mecnica utilizada para superar la resistencia al movimiento creada por el rozamiento de dos slidos se denomina calor de friccin. Cualquier rozamiento produce calor. El peligro inherente depende de la energa mecnica presente, de la intensidad con que el calor se produce y del porcentaje de disipacin del calor. Entre los ejemplos de calor producido por rozamiento, tenemos el originado por una correa que patine en una polea, o las partculas metlicas calientes (chispas) que salten al trabajar un metal con un abrasivo. Chispas producidas por friccin. Si chocan dos superficies duras y al menos una es metlica, el impacto puede originar chispas. Las chispas por friccin se forman de la siguiente manera: el calor generado por el impacto o friccin calienta inicialmente la partcula, a continuacin, y dependiendo de la facilidad de oxidacin y del calor de combustin de la partcula metlica, la superficie recientemente expuesta del material puede oxidarse a elevada temperatura, mientras que el calor de oxidacin aumenta esa misma temperatura de la partcula hasta hacerla incandescente. Aunque la temperatura necesaria para alcanzar incandescencia vara segn los metales, en la mayor parte de los casos est muy por encima de las temperaturas de ignicin de los materiales inflamables. Por ejemplo: la temperatura de una chispa despedida por una herramienta de acero llega a los 1.400C. Las chispas de aleaciones de cobre y nquel con pequeas cantidades de hierro pueden estar muy bien por encima de los 300C. Sin embargo, la posibilidad de ignicin de una chispa depende de su contenido total de calor. As pues, el tamao de la partcula tiene un efecto pronunciado sobre la ignicin iniciada por la chispa. El peligro prctico que representan las chispas de origen mecnico est limitado por el hecho de que generalmente son muy pequeas y con un contenido calorfico total muy bajo, aunque su temperatura muy bien puede llegar a los 1.100 C o mas. Como se enfra muy rpidamente, slo son capaces de iniciar un incendio bajo las condiciones ms favorables, tales como su cada sobre algodn seco, polvo combustible o materiales explosivos. Las partculas de metal de mayores dimensiones, capaces de retener el calor durante mas tiempo, no se calienten generalmente hasta temperaturas peligrosas. El nquel, el metal Monel y el bronce comportan un riesgo mnimo por chispas. El acero inoxidable tiene tambin mucho menos potencial de despedir chispas que las herramientas normales de acero. Existen herramientas especiales de cobre-berilio y otras aleaciones destinadas a minimizar el riesg9 de produccin de chispas, para su empleo en emplazamientos peligrosos. Sin embargo, estas herramientas no eliminan totalmente el riesgo de desprendimiento de chispas, ya que stas se pueden producir en circunstancias muy variadas. Prcticamente no se obtiene ventaja alguna por utilizar herramientas manuales antichispas, en lugar de las comunes de acero, para evitar explosiones de hidrocarburos. Sin embargo, las herramientas de cuero, plstico o madera no estn sujetas al riesgo de chispas por friccin. Calor por compresin.



Es el que se desprende de la compresin de un gas. Tambin se denomina efecto diesel. El hecho de que la temperatura de un gas aumente cuando se le comprime ha encontrado aplicacin prctica en los motores diesel, en los que el calor de la compresin elimina la necesidad de un sistema de ignicin por chispas. Inicialmente, se comprime el aire en el cilindro de estos motores y a continuacin se inyecta un chorro de aceite combustible en el interior del aire comprimido. El calor que se desprende al comprimirse el aire basta para que el aceite entre en ignicin. Cuando un chorro de aire presurizado se dirige sobre una oquedad de un bloque de madera sta puede entrar en ignicin. Aparentemente, las ondas de compresin que se generan en la cavidad se convierten en calor, aumentando la temperatura de la madera a su punto de ignicin. Sustituyendo la madera por conexiones de tuberas, puede inflamarse una pelcula de aceite en la superficie interior de dichas conexiones.

4. ENERGIA CALORFICA DE ORIGEN NUCLEAR. La energa nuclear es la que despide el ncleo de un tomo. Este ncleo se compone de materias muy unidas por tremendas fuerzas, que pueden liberarse cuando se le bombardea con partculas. La energa nuclear se desprende en forma de calor, presin y radiacin nuclear. En la fisin nuclear, dicha energa se desprende por la fractura del ncleo, mientras que en la fusin nuclear lo hace por la unin de dos ncleos. La energa desprendida por el bombardeo del ncleo es generalmente un milln de veces mayor que la desprendida por las reacciones qumicas ordinarias. El desprendimiento instantneo de grandes cantidades de energa calorfica nuclear da por resultado una explosin atmica, mientras que el regulado se convierte en una fuente de calor para empleo cotidiano, como por ejemplo la generacin de vapor para estaciones generadoras de electricidad. Resumen:

Fenomenologa de los Incendios

ATOMO Partcula Bsica

ELEMENTO Formado por un solo tipo de tomo.

MOLECULAS Formadas por dos o ms tomos. a) Elemental (Un solo tomo) b) Combinada (Varios elementos)

COMPUESTOS Sustancias formadas por un solo tipo de

molcula combinada.

MEZCLA Sustancia formada por varios tipos de

molculas combinadas

REACCION QUMICA

ENERGIA DE FORMACIN

SUSTANCIA A SUSTANCIA B SUSTANCIA C

REACCIONANTES PRODUCTO



CLASES DE REACCIONES QUIMICAS ENDOTERMICA: Cuando se gana calor (se absorbe). EXOTRMICA: Cuando se pierde calor (se libera). COMBUSTIN: Una reaccin mediante la cual, en condiciones especiales, una sustancia denominada combustible interacta qumicamente con otra denominada oxidante o comburente, dando como resultado nuevas sustancias denominadas productos y desprendiendo calor.

CONDICIONES ESPECIALES. a. Proporciones adecuadas b. Energa de activacin suficiente.

COMBUSTIN

CONDICIONES ESPECIALES

COMBUSTIBLE + OXIDANTE = PRODUCTO + CALOR

(REACCION QUMICA EXOTRMICA)

POR SU VELOCIDAD LENTA: Generacin lenta de calor poco sensible.(Respiracin, oxidacin de metales). RAPIDA: Generacin de calor sensible y presencia de luz. (Vela, Cigarrillo). INSTANTNEA: En fracciones de segundo, acumulacin de gases liberados.

FUEGO Reaccin de oxidacin lo suficientemente intensa como para producir luz y calor.

TETRAEDRO DEL FUEGO 1.- Material combustible. 2.- Agente Oxidante. 3.- Calor. 4.- Reaccin en cadena.



MATERIAL COMBUSTIBLE DEFINICIN: Sustancia capaz de entrar en combustin.

Propiedades fsicas. Caractersticas qumicas. Estado y forma.

GRAVEDAD ESPECIFICA: Relacin del peso de una sustancia liquida con el peso de un volumen igual de agua

DENSIDAD DE VAPOR: Relacin del peso de un volumen de un vapor con el peso de un volumen igual de aire

PRESION DE VAPOR: Presin ejercida por los vapores que escapan de la superficie de un lquido.

RANGO DE INFLAMABILlDAD: Proporciones en que una sustancia en combustin mezclada con el aire. Se mide en porcentaje

COMBUSTIBLES SLIDOS a .- Elementos Naturales. (Carbn; Azufre, etc.) b.- Compuestos Orgnicos. c.- Compuestos Sintticos. d.- Metales.

COMBUSTIBLES LIQUIDOS

a.- Solubles en agua. b.- No solubles en agua.

LII LSI RANGO DE

INFLAMABILIDAD MEZCLA MEZCLA POBRE RICA LIMITE INFERIOR LIMITE SUPERIOR

%



CALOR EN FORMA DE ENERGIA EN MOVIMIENTO

a.- Cantidad Caloras o Btu. b.-Intensidad. Grados de temperatura C; F; K.

CALOR ESPECIFICO Cantidad de calor necesario para aumentar en un grado la temperatura de un gramo de una sustancia.

TEMPERATURA DE EBULLlCION Temperatura a la cual la presin de vapor de un liquido iguala a la presin atmosfrica

CALOR DE VAPORIZACION Cantidad de calor que un gramo de liquido absorbe al transformarse en vapor a la temperatura de ebullicin.

PUNTO DE LLAMA.- (Flash point) Temperatura a la cual una sustancia desprende vapores en cantidad suficiente para formar una mezcla inflamable.

TEMPERATURA DE IGNICION. Temperatura mnima a la cual una sustancia entra en combustin auto sostenida.

CALOR DE COMBUSTION Cantidad de calor generado al quemarse una unidad de peso o volumen de una sustancia

PROPAGACION DEL CALOR. CONDICIONES: a.- Existencia de un emisor y un receptor. b. Diferencia de temperatura entre emisor y receptor. CONDUCCIN: Transferencia de calor a travs del contacto directo de un cuerpo con otro. CONVECCIN: Transferencia de calor por circulacin de un lquido o un gas. RADIACIN: Transferencia de calor de un rea a otra sin tener contacto directo con el rea o sin ninguna circulacin de gases calientes que inflaman el rea calentada. Depende de: Temperatura del emisor; rea del emisor; Distancia entre los cuerpos Caractersticas del receptor.

DESCRIPCION DEL PROCESO DEL FUEGO Combustible y oxigeno Fuente de Calor Calentamiento del material. Destilacin de vapores. Activacin de las molculas. Punto de lIama. Iniciacin de reacciones. Desprendimiento de calor. Temperatura de ignicin. Combustin auto sostenida. Aumento de calor desprendido. Aumento de velocidad de reaccin. Aumento de calor desprendido...etc

LLAMA Combustin de un gas en el aire Clases. Gases premezclados Llama de difusin Zona de la llama

a.-Fra o de destilacin. b.-Media o luminosa. c.-Oxidante o calorfica.

LLAMA DE DIFUSIN


MANUAL DE III CATEGORIA SUBOFICIAL

Gb III 1 Fisica y Quimica

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