Apuntes – Teoría del Fuego (Cap. 1-3)

Conceptos básicos y composición de la materia

  • Mezcla atmosférica: 21%21\% O$2$, 79%79\% N$2$, 0,02%0{,}02\% otros gases (CO$_2$, Ne, Kr, Xe…).

  • Gases inertes (N$_2$, gases nobles): no reaccionan bajo P y T normales.

  • Materia ➜ moléculas ➜ átomos ➜ protones (+), neutrones (0), electrones (−).

    • Molécula = unión de átomos; si son distintos tipos ⇒ compuesto.

    • Ej.: H$2$O; C$4$H$_{10}$ (butano).

  • Sustancia = materia con composición fija.

    • Simples (elemento) vs. compuestas (compuesto químico).

Reacciones (físicas, químicas, nucleares)

  • Físicas: cambio de estado; moléculas NO cambian. Ej.: Hielo (H<em>2O)→Vapor (H</em>2O)\text{Hielo (H}<em>2\text{O)} \rightarrow \text{Vapor (H}</em>2\text{O)}.

  • Químicas: se altera la estructura molecular. Ej.: 2C+O<em>2  →  2CO</em>22C + O<em>2 \;\rightarrow\; 2CO</em>2.

  • Nucleares: cambian núcleos; fusión y fisión; gran energía.

    • Fisión: neutrones + núcleo pesado ⇒ 2 núcleos + 2–3 n + energía (reacción en cadena).

    • Fusión: 2 núcleos ligeros ⇒ núcleo más pesado + γ\gamma + E cinética.

    • Diferencias clave (químicas vs nucleares): partículas implicadas, energía (kcal vs 10710^7 kcal), influencia T/P.

Teoría del fuego

Definiciones y normativas

  • UNE 23026: fuego = combustión con calor, humo y llama.

  • Combustión = reacción exotérmica de oxidación (combustible + comburente → calor + luz + humo + gases).

  • ISO 13943, NFPA: referencias internacionales.

Reacciones endotérmicas/exotérmicas

  • Si los enlaces formados son más fuertes que los rotos ⇒ desprende calor ⇒ exotérmica.

  • Si necesitan absorción de calor ⇒ endotérmica.

Reacción REDOX

  • Movimiento de electrones: reductor cede (se oxida), oxidante capta (se reduce).

  • En el fuego: combustible = reductor, comburente = oxidante.

Combustiones

Concepto

  • Reacción rápida, exotérmica, autosoportada (cadena), generalmente de C-H.

  • Completa ⇒ CO$2$, H$2$O, SO$2$, NO$x$. Incompleta ⇒ CO, C (hollín).

Maneras de combustionar

  • Con llama (fase gaseosa).

  • Latente (sin luz, oxidación lenta en sólidos porosos).

  • Incandescente (sin llama, con ascuas y luz).

  • Espontánea (sin calor externo).

  • De propagación: lenta, viva, instantánea ⇒ deflagración (< sónica) o detonación (≥ sónica).

Productos

Humo

  • Mezcla de partículas sólidas/líquidas + vapor.

  • Color orientativo:

    • Blanco: mucho O$_2$, vegetales.

    • Negro: déficit O$_2$, hidrocarburos, plásticos.

    • Amarillo, verdoso, violeta, azul: presencia de S, Cl, I, hidrocarburos, respectivamente.

Llamas

  • Gas incandescente.

  • Zonas: interna (fría), media (combustión incompleta), externa (T máxima 1800–2200∘C1800–2200^{\circ}\text{C}).

  • Color: mucho O$2$ → amarilla; poco O$2$ → azul (más energética).

Calor

  • Calor ≠ temperatura.

  • Unidades: 1 cal = 4,1868 J; 1 W = 1 J/s.

  • Calor de combustión: energía liberada por unidad de masa/volumen.

  • Calor específico $c$ (tabla: agua 1  cal/g⋅°C1\;\text{cal/g·°C}, hielo 0,50{,}5, aluminio 0,2140{,}214…).

  • Capacidad calorífica C=m cC = m\,c.

Escalas de temperatura y conversiones

  • Celsius (0–100), Réaumur (0–80), Fahrenheit (32–212), Kelvin (273–373).

  • Fórmulas: ∘!F=1,8 ∘!C+32^{\circ}!F = 1{,}8\,^{\circ}!C + 32 ; ∘!C=(∘!F−32)/1,8^{\circ}!C = (^{\circ}!F-32)/1{,}8 ; K=∘!C+273,15K = ^{\circ}!C + 273{,}15.

Dilataciones y cambios de estado

  • Lineal: ΔL=L0 α ΔT\Delta L = L_0\,\alpha\,\Delta T.

  • Superficial: ΔS=S0 2α ΔT\Delta S = S_0\,2\alpha\,\Delta T.

  • Volumétrica: ΔV=V0 3α ΔT\Delta V = V_0\,3\alpha\,\Delta T.

  • Cambios progresivos (fusión, vaporización, sublimación) vs regresivos (solidificación, condensación, sublimación inversa).

Gases tóxicos/claves en incendios

  • CO (12,5–74,2 % LII–LSI, afinidad Hb ×260\times260).

  • CO$_2$ (asfixiante, drel 1,5).

  • HCN, H$2$S, NH$3$, HCHO, Cl$2$, HF, SO$2$, COCl$_2$, acroleína… → efectos respiratorios, oculares, cutáneos.

Triángulo y tetraedro del fuego

  • Factores: combustible, comburente (O$_2$ ≥ 15 %), calor (energía de activación).

  • + Reacciones en cadena ⇒ tetraedro.

  • Suprimir cualquiera ⇒ extinción.

Combustible

  • Flash Point (inflamación), Ignition Point (mantiene llama), Autoignition Tª.

  • Límites de inflamabilidad: LII–LSI (tabla: butano 1,8–8,4%1{,}8–8{,}4\%; acetileno 2,5–81%2{,}5–81\%…). Punto ideal y estequiométrico.

Comburente

  • Aire estándar de cálculo: O<em>2=21%\text{O}<em>2=21\% vol.; resto N$2$ principalmente.

Energía de activación

  • Origen químico, mecánico, eléctrico, térmico, biológico, natural.

  • Fuentes: llamas, chispas, superficies calientes, brasas.

Reacciones en cadena

  • Radicales libres (OH) mantienen la reacción; velocidad ×2 cada 10∘C10^{\circ}\text{C}.

Agentes pasivos

  • No participan químicamente pero absorben calor (vapor H$2$O, CO$2$, N$_2$, hollín, humedad).

Combustibles vs inflamables

  • Inflamables: muy bajo punto de inflamación/ignición; generan vapores fácilmente.

  • Combustibles: requieren mayor aporte de calor antes de vaporizar.

Clasificación de incendios (EN 2)

  • Clase A: sólidos con brasa (madera, papel…).

  • Clase B: líquidos/sólidos licuables (gasolina, plásticos fundidos).

  • Clase C: gases (propano, metano, H$_2$…).

  • Clase D: metales (Mg, Na, Al polvo).

  • Clase F (K): aceites y grasas de cocina.

  • Clase E (eléctricos) suprimida; depende del material tras quitar tensión.

Otras clasificaciones

  • Forma del foco: plano, vertical, alimentado.

  • Superficie afectada (I–X: <4 m² a >5 000 ha).

  • Velocidad de reacción: lenta, normal, deflagración (subsónica), detonación (supersónica).

  • Aporte de O$_2$: completa vs incompleta.

  • Con/sin llama.

  • Lugar: interior, exterior; uso (vivienda, industria …).

  • Magnitud: conato, parcial, total.

Evolución de un incendio

  • Inicio: triángulo del fuego completo.

  • Desarrollo: aumento rápido T; fase latente (déficit O$_2$, riesgo CSG).

  • Propagación: transmisión por conducción, convección, radiación; corrientes de humo.

  • Extinción: natural (combustible agotado) o intervención (eliminación de una arista del tetraedro).

Transmisión del calor

  • Conducción (sólidos principalmente): depende de SS, ΔT\Delta T, espesor, KK, cc, densidad.

  • Convección (fluidos): corrientes ascendentes de gases calientes, descendentes de fríos; moviliza O$_2$.

  • Radiación (no descrita en el tramo leído pero completar): energía en forma de ondas electromagnéticas; no necesita medio.

Estos apuntes estructuran todo el contenido de las páginas 20–44 del manual, incluyendo definiciones normativas, ejemplos numéricos, fórmulas de conversión y valores críticos, para reemplazar íntegramente la fuente original durante el estudio.