El Fuego

Autor: Roberto Garro

El fuego es una reacción química de oxidación - reducción fuertemente exotérmica, siendo los reactivos el oxidante y el reductor. En  otros términos, el reductor se denomina combustible y el oxidante comburente; las reacciones entre ambos se denominan combustiones. Si bien existen varios comburentes el más común y que la naturaleza brinda en proporciones adecuadas es el Oxígeno.

Los elementos necesario para que exista "fuego" deben ser siempre tres: combustible, comburente y temperatura. Si uno de estos tres elementos no se encuentra presente no habrá fuego. Es uno de los criterios básicos utilizados para combatirlo, eliminar uno cualquiera de estos tres elementos.

Para que exista fuego, también es necesario, no solo que se encuentren presentes estos tres elementos sino que su presencia responda a determinados parámetros.

Calor: Es la energía necesaria para que tenga lugar dicha reacción y se denomina energía de activación; esta energía de activación es la aportada por los focos de ignición.

La reacción de combustión, como hemos mencionado, es una reacción fuertemente exotérmica. De la energía desprendida, parte es disipada en el ambiente produciendo los efectos térmicos del fuego y parte calienta a más reactivos. Cuando esta energía es igual o superior a la necesaria, el proceso continúa mientras existan reactivos. Se dice entonces que hay reacción en cadena.

De acuerdo con la velocidad a la que ocurre el proceso, los fuegos pueden ser:

De Combustión Lenta. Caracterizada por la poca producción de calor. Propiamente se trata de una oxidación.

De Combustión Rápida. Es la que se presenta acompañada de luz, y con gran generación de calor; es decir fuego.

De Combustión Instantánea. Como su nombre lo indica se realiza en fracciones de segundo, generando un intenso calor y desplazando gran cantidad de gases a alta presión.

Si la velocidad de propagación es superior a la velocidad del sonido se denomina Detonación.

Tetraedro del fuego

Para que el fuego se inicie tienen que coexistir tres factores: combustible, comburente y foco de ignición que conforman el conocido "triángulo del fuego"; y para que progrese, la energía desprendida en el proceso tiene que ser suficiente para que se produzca la reacción en cadena. Estos cuatro factores forman lo que se denomina el "tetraedro del fuego".

Mientras exista energía suficiente, combustible y oxígeno en las proporciones necesarias, el fuego continuará, solamente se extinguirá cuando se consuma uno de los tres componentes, sus parámetros estén fuera de los valores necesarios o intencionalmente se elimine uno de ellos.

Recordemos que la temperatura se transmite de tres formas: Conducción, Convección y Radiación.

Por conducción:
Se produce cuando un objeto está en contacto directo con otro. Pasando el calor del objeto más caliente hacia el más frío.

Por radiación:
El calor del fuego se siente a cierta distancia, debido a que se transmite por medio de ondas calóricas invisibles. Por lo tanto, no es necesario que un objeto toque el fuego para que entre en combustión, el calor puede transmitirse de un objeto en llamas a otro sin que estén en contacto.

Por convección:
En los fluidos (Aire, agua, etc.) las ondas de calor se transmiten hacia arriba, el aire caliente sube y en los espejos de agua las capas superiores tienen mayor temperatura que las inferiores.

Combustibles - Temperatura de Inflamación

Los combustibles pueden ser sólidos, líquidos y gaseosos pero ninguno de ellos podrá llegar a arder si no ha rebasado la Temperatura de Inflamación, llamado también "Punto de ebullición" que es aquella en la que un combustible sólido o líquido llega a desprender vapores, que inflamarán en presencia de una llama o chispa.

Combustibles Sólidos:

Cuando existe combustión en un combustible sólido, el elemento que está formando parte de la reacción no es en sí el material sólido sino los gases combustibles que este genera a determinada temperatura. Su grado de fragmentación es fundamental ya que a mayor división se precisa de menor energía (en intensidad y duración) para iniciar la combustión. El calor recibido por un cuerpo sólido aumenta su temperatura en las capas exteriores y por contacto entre sus partículas se transmite hacia el centro del mismo. Parte del calor recibido se pierde al ser transferido al interior. Cuanto mayor sea el volumen del cuerpo más tiempo tardará en unificar la temperatura de todo el volumen. Esta es la razón por la cual es mucho más sencillo comenzar el fuego con una astilla que con el tronco de un árbol.

La madera y el papel necesitan alrededor de 200°C para desprender vapores; para cada tipo de material sólido existe una Temperatura de Inflamación.

Combustibles Líquidos:

En el caso de los combustibles líquidos será necesario que el calor supere la temperatura de inflamación para que se produzcan gases inflamables en la superficie. El el caso de la nafta esta temperatura es de -40º C y el Gasoil libera gases combustibles a partir de los 45º C.

Combustibles Gaseosos:

Dado que se encuentran en el estado gaseoso no es necesario que estén expuestos a determinada temperatura, en estos casos el factor que entra en juego para que exista fuego es la relación combustible-aire.

Temperatura de Auto-Ignición:

Es la menor temperatura a la cual un gas inflamable, o una mezcla de vapor y aire, se enciende debido a que ha llegado a una temperatura en la que no son necesarios chispa o llama para provocar fuego.

Como ejemplo en el caso de las naftas es de 220º C y del Gasoil 225º C. Cuanto más baja sea la Temperatura de Inflamación de un combustible, tanto más peligroso resultará el manipularlo.

COMBURENTES. LIMITES DE EXPLOSIVIDAD

Son los elementos que permiten que el fuego se desarrolle una vez que el combustible alcanzó la temperatura adecuada.

Normalmente sólo tendremos en cuenta el OXIGENO del aire, aunque en casos especiales existen otros.

Límite inferior de inflamabilidad o explosividad (L.I.I. o L.I.E.)

Se define como la concentración mínima de vapor o gas en mezcla con el aire, por debajo de la cual, no existe propagación de la llama al ponerse en contacto con una fuente de ignición.

Se entiende que aunque un gas esté en concentración dentro de los dos límites de explosividad, si no hay punto de ignición o no se alcanzó la temperatura de auto-ignición no habrá inflamación. Los porcentajes no son rigurosamente exactos, pero si muy indicativos.

Límite superior de inflamabilidad o explosividad (L.S.I. o L.S.E.)

Se define como la concentración máxima de vapor o gas en aire, por encima de la cual, no tiene lugar la propagación de la llama, al entrar en contacto con una fuente de ignición.

Por ejemplo el Límite Inferior de Explosividad (LIE)  del vapor de nafta en el aire es aproximadamente 1,4% en volumen. Esto significa que en 100 volúmenes de mezcla vapor de combustible-aire hay 1,4 % de vapor de nafta y 100 - 1,4 = 98,6 % de aire. Recordemos que la reacción química tiene disponible como comburente el oxígeno que en condiciones normales es el 21% del volumen del aire. El Límite Superior de Explosividad (LSE) para el mismo combustible es de 7,6%. Quiere decir que si el vapor de combustible en relación con el volumen de aire es superior a ese porcentaje no habrá posibilidades de inflamabilidad o explosión.

En los buques petroleros existe siempre el peligro de explosividad. Una de las técnicas para reducir el peligro es mantener la atmósfera de los tanques por debajo del Límite Inferior de Explosividad (L.I.E.) o por encima del Límite Superior de Explosividad (L.S.E.). A esta operatoria se la denomina inertización de gases. Esto se puede conseguir procurando en estos espacios confinados una atmósfera muy rica o muy pobre en gases explosivos, es decir, mantener la mezcla de gas y oxígeno fuera de los valores de explosividad.

si se encuentra por debajo del límite inferior de explosividad, la mezcla no es lo suficientemente densa como para provocar una explosión, mientras que si se halla por encima del límite superior es excesivamente rica y carece de oxígeno suficiente.

Para reducir la concentración de oxígeno normalmente se sustituye parte del aire o todo él por nitrógeno. Otros gases o vapores empleados para la inertización son el CO₂ y el vapor de agua con ciertas limitaciones.

Cuando un buque tanque descarga combustible a medida que el volumen decrece es necesario que el gas que ingresa al tanque no contenga el oxígeno suficiente como para entrar dentro de los valores de explosividad. Un método económico es tomar los gases de combustión de las calderas que ya han consumido el O y contienen altos porcentajes de CO₂