06 fire behavior II

Instituto de Capacitación
en Servicios de Emergencia
(ESTI)
Copyright 2009, TEEX
Módulo 6:
Comportamiento
del fuego

BIENVENIDOS

CLEBER CANDIDO EDUARDO
BRASIL
JAVIER GARCIA MARTINEZ
MÉXICO

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

Copyright 2009, TEEX 6
NFPA 2001
Norma sobre calificaciones
profesionales del bombero.
NFPA 1500
Norma sobre la Seguridad
Ocupacional del cuerpo de
bomberos y el programa
sanitario.
Criar un padrón de capacitación
para todos los bomberos,
indiferente del país que vivimos.

Información general sobre el curso
• Módulo 1: Operaciones de rescate
• Módulo 2: Prácticas de ventilación
• Módulo 3: Seguridad de los bomberos: regla de dos
bomberos adentro y dos bomberos afuera
• Módulo 4: Prácticas relacionadas con el uso de las
escaleras
• Módulo 5: Entrada forzosa
• Módulo 6: Comportamiento del fuego
7

Acerca de este curso
• Audiencia objetivo
• Método de dictado
• Requisitos previos del curso:
– Requisitos de certificación
– Recomendaciones del curso
• Duración del curso
8

Acerca de este curso
• Información sobre la certificación:
– Unidad de Educación Continua (Continued
Education Unit, CEU)
• Inscripción y asistencia
• Cronograma de clases
• Estrategias de evaluación de los participantes
9

Información administrativa
• Seguridad del edificio
• Baños
• Salidas
• Bocadillos
• Recursos disponibles
• Instrucciones de seguridad
10

SALIDA 2
SALIDA1

Objetivo – Modulo
Al completar satisfactoriamente este
módulo, los participantes podrán
reconocer los principios y conceptos
básicos relacionados con la química y
el comportamiento del fuego.
12

Introducción
• Teoría del fuego
• Proceso de combustión
• Fuentes de energía calórica
• Transmisión del calor
• Combustible
• Productos de la combustión y sus peligros
13

Introducción
• Desarrollo del fuego
• Consideraciones especiales
• Propiedades extintoras del agua
14

FUEGO
Es un proceso de oxidación rápido y en cadena que va a compañado de la evolución de
calor y de la luz en distintas intensidades.
Fuego
CombustiónRápida
Rápida Oxidación del combustible

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

Teoría del fuego
• Combustión:
– Se trata de una reacción química en la cual
se producen luz y calor.
– El proceso se repite ya que el calor permite
que la reacción química en cadena continúe.
17

Tipos de reacción
Oxidación
Lenta Combustión
Rápida Conflagración
Instantánea
Explosión
Deflagración
Violenta

Tipos de reacción
Oxidación
Explosión

Combustible

Teoría del fuego
• El tetraedro y el triángulo
del fuego:
– Para que se produzca la
combustión se necesitan
4 elementos del
tetraedro del fuego:
• Combustible
• Oxígeno
• Calor
• Reacción química
21
Copyright 2007, TEEX/ESTI

Teoría del fuego
• Oxígeno:
– 21% de oxígeno en
la atmósfera normal
– Si la proporción es más
del 21%, se considera
enriquecido con
oxígeno.
– La combustión puede
ocurrir con 14% de
oxígeno en la
atmósfera.
22

COMBUSTION
El tetraedro de fuego
Calor
Reacción química en
cadena
Calor
Agente
Oxidante Agente
reductor
Agente
reductor
Agente
oxidante
Reacción
química en
cadena
com
busti
ble
combu
stible

OXIGENO Y COMBUSTION
21 % de oxígeno 18 % de oxígeno
14 % de oxigeno( no es suficiente para
soportar la combustión y oxígeno)

Proceso de combustión
• Productos de la combustión:
– Calor:
• Es responsable de la propagación del fuego.
– Humo:
• Es el causante de la mayoría de las muertes
relacionadas con los incendios.
• Puede contener gases narcóticos e irritantes.
25

• Productos de la combustión:
– Gases e irritantes:
• Los más comunes que están presentes en el humo son:
– CO
– HCN
– CO2
• Pueden producir una disminución en la percepción,
intoxicación, pérdida del conocimiento y la muerte.
– Llama:
• Es un cuerpo luminoso y visible de un gas que arde.
26

• Términos clave:
– Fuego:
• Es un proceso de oxidación rápido y autónomo
que va acompañando de la evolución del calor
y la luz en distintas intensidades. (IFSTA, 1998)
– Punto de inflamabilidad:
• Es la temperatura mínima necesaria en la que los
líquidos generan suficientes vapores para inflamarse
y generar una combustión espontánea que no seguirá
ardiendo si no se le agrega más calor.
27

• Términos clave:
– Temperatura de ignición:
• Es la temperatura a la que un combustible/la mezcla
de aire generada por un líquido arde espontáneamente.
– Punto de inflamación:
• La temperatura mínima en la que un líquido genera
vapor suficiente para mantener un fuego continuo.
– Límites de explosividad:
• Es el límite de concentraciones de aire y vapores
del combustible.
28

Fuentes de energía calórica
• Química:
– La fuente calórica más común
es la fuente de energía
calórica química.
– La oxidación se produce
cuando un material
combustible entra en contacto
con el oxígeno.
– Un ejemplo de energía
calórica química es el calor
generado cuando arde
un fósforo.
29

• Química:
– La autoinflamación se produce cuando la
temperatura de un material aumenta sin que
intervenga calor externo.
– El calor se produce mediante la oxidación y,
normalmente, se disipa tan rápido como se genera.
– Para que se produzca una ignición espontánea
debido a la autoinflamación, el material debe
alcanzar la temperatura mínima de la sustancia
a fin de producir una combustión autónoma.
30

• Química:
– Deben ocurrir otros dos sucesos para que se
pueda producir la ignición espontánea:
• El suministro de aire en el material que se calienta y a
su alrededor debe ser suficiente para que se produzca
la combustión.
• Las propiedades de aislamiento del material que rodea
directamente al combustible deben mantener el calor
que se genera y no dejar que se disipe.
– Por ejemplo: trapos mojados con aceite hechos
un bollo ubicados en una esquina
31

ENERGIA TERMICA QUIMICA
Calor de la combustión
al quemarse
Calor espontaneo
ninguna fuente de calor externa
Resina Pintura

• Eléctrica:
– Es la energía calórica producida por calentamiento
eléctrico, por ejemplo:
• flujo de corriente a través de una resistencia
• sobrecorriente/sobrecarga
• formación de arco eléctrico
• chispas
• electricidad estática
• rayos
33

ENERGIA TERMICA ELECTRICA
Calor de resistencia (corriente a
travez del conductor )
Sobrecarga
Fuga de corriente (conductor con
insuficiente insulación)
Electricidad estáticaFormación de arco
(soldadura)

• Mecánica:
– La energía calórica mecánica se genera por el
calor de la fricción y de la compresión.
– El calor de la fricción se produce cuando dos
superficies se mueven una contra otra y se
originan chispas o calor.
– El calor de compresión se genera cuando un gas
se comprime.
35

ENERGIA TERMICA MECANICA
Fricción Compresión

• Nuclear:
–La energía calórica nuclear se genera
cuando se separan o se combinan los
átomos.
–El calor del sol es producto de una
reacción de fusión y es una forma de
energía nuclear.
37

ENERGIA TERMICA NUCLEAR

Transmisión del calor
• Ley del flujo de calor:
– El calor fluye de una sustancia caliente
a una sustancia fría.
• La transferencia de calor controla el crecimiento
del fuego.
• Para que la transferencia de calor pueda ocurrir,
es necesario que los objetos tengan diferentes
temperaturas.
• La velocidad de transferencia depende de la
diferencia de temperatura entre los objetos.
39

• Existen tres tipos de transferencia
de calor:
–Conducción
–Convección
–Radiación
40

41
Propiedad de la IFSTA, recreado con permiso
Transferencia de calor de un cuerpo a otro mediante
la intervención de un medio conductor del calor.
Conducción

42
Convección
Transferencia de calor mediante movimiento
de aire o líquidos.

43
Radiación
Ondas térmicas viajando a través del espacio
hasta llegar a un objeto sólido.

Combustible
• Combustible sólido:
– Tiene una forma y un tamaño
definidos, lo cual afecta la
facilidad con que se enciende
debido a la proporción
superficie-masa del
combustible.
– Produce gases combustibles
mediante la pirólisis.
44

Combustible
• Combustible sólido:
–La posición horizontal consumirá el
combustible a una velocidad relativamente
lenta.
–Las posición vertical aumenta la diseminación
del fuego debido al aumento de la
transferencia de calor mediante la convección,
la conducción y la radiación.
45

Combustible
• Combustible líquido:
–Produce gases combustibles por
vaporización.
–La vaporización es la transformación
de un líquido al estado gaseoso/de
vapor.
46

Combustible
• Combustible gaseoso:
– El combustible debe encontrarse en estado
gaseoso para arder.
– Se necesita menos energía para que los
combustibles gaseosos se enciendan.
– La combustión ocurrirá cuando el combustible
transformado al estado gaseoso se mezcle
con el aire en la proporción adecuada.
47
DR=PM
29

Estados
físicos Sólidos:
Líquidos:
Gaseosos:
Gas Natural
Butano
Propano
Hidrogeno
Acetileno
Otros
Gasolina
Kerozeno
Alcohol
Aguarras
Tinner
Otros
Carbón
Madera
Papel
Tela
Plásticos
Grasa
Paja
Granos
Corcho
Otros

FUENTES DEL COMBUSTIBLE
Materia sólida + Pirólisis = gas combustible
Materia líquida + Vaporización = gas combustible
Materia gaseosa = gas combustible
Solamente los
gases se queman

PIROLISIS
Aire Aire
Energía
calorífica
Mezcla capaz de
ignición de
Aire y gases inflamables

Aire
Vapores
Area de mezcla
Mezcla de aire/vapor
capaz de ignición
VAPORIZACION
Aire

REACCION QUIMICA EN CADENA
Combustible calentado
arroja vapores
Los vapores son
combinados para crear
compuestos nuevos
Los compuestos nuevos
combinados con el
oxígeno se enciende
Compuestos
Nuevos
Oxígeno Oxígeno
Vapores
flamables
Combustible
calentado

PRODUCTOS DE LA COMBUSTION
Partículas de carbon
Dióxido de sulfuro
Vapor de agua
4 Humo
3 llama
2 calor
1 luz
vapores
flamables
combustible
Monóxido de carbono
Cianuro de hydrogeno
Dióxido de carbono
Combu
stible

Los productos de la combustión
y sus peligros
• CO2:
–No es tóxico.
–Desplaza al oxígeno de la
atmósfera y causa asfixia.
54

y sus peligros
• CO:
–Siempre se debe asumir que el CO
está presente en el fuego.
–Es inodoro, incoloro e insípido.
55

y sus peligros
• HCN (Cianuro de Hidrógeno):
– Se produce cuando se queman productos
plásticos.
– Interrumpe la respiración a nivel celular
y hace que la persona quede inconsciente,
aun en pequeñas dosis.
56

Desarrollo del fuego
• En la fase inicial del fuego, el calor aumenta
y forma una columna de gas caliente.
• Si la columna logra elevarse sin obstrucción
a un espacio abierto sin fuego, el aire frío es atraído
hacia la columna mientras ésta se eleva
y tiene un efecto de enfriamiento sobre los gases
que se encuentran por encima del fuego.
• La propagación del fuego en un área abierta
se debe a la transmisión de energía calórica desde
la columna hasta los combustibles situados
alrededor.
57

• Un incendio de compartimiento
sucede en un espacio o habitación
cerrada dentro de una construcción y
su desarrollo es más complejo.
• Su crecimiento y propagación
dependen normalmente de la
existencia de combustible
y oxígeno.
58

• Ignición:
– Todos los incendios se originan debido a algún tipo
de ignición.
– La ignición se produce cuando los cuatro elementos
del tetraedro están presentes y comienza
la combustión.
– La ignición guiada es causada por una chispa
o llama.
– La ignición no guiada o espontánea es causada
cuando un combustible alcanza su temperatura
de ignición como resultado de la autoinflamación.
59

 El contenido de Oxígeno no ha sido reducido
considerablemente
 La respiración no es difícil.
 El calor por encima de la flama será de unos
538º C aproximadamente.
 Habrá ligero desprendimiento de vapores de
agua.
 Bióxido de Carbono en pequeñas cantidades
 Bióxido de Azufre, Monóxido de Carbono y
algunos otros gases aún no relevantes.

CRECIMIENTO DEL FUEGO
Desarrollo del penacho(pluma)
Desarrollo de la capa del techo
Disminución de la temperatura
Calor

• Crecimiento:
– Después de la ignición, se empieza a formar una
columna de fuego sobre el combustible que arde.
– Mientras la columna continúa desarrollándose,
atrae aire desde el espacio circundante hacia ella.
– El crecimiento del incendio de compartimiento es
igual que el de un incendio exterior sin límites,
donde el crecimiento es una función del
combustible que se enciende primero.
63

• Combustión súbita generalizada:
– No es un suceso específico como la ignición,
sino que es una etapa entre el crecimiento
y el desarrollo completo del incendio.
– El incendio original pasa de quemar los materiales
que se encienden primero a quemar todas las
superficies de combustible expuestas en ese
compartimiento.
– La capa de gas caliente que se forma en el
cielorraso durante la fase de crecimiento causa
el calor radiante de los materiales combustibles.
64

• Combustión súbita generalizada:
–El calor radiante en el compartimiento causa
la pirólisis del material combustible.
–Luego, la energía radiante calienta los gases
de la capa de gas del cielorraso hasta que
alcanzan su temperatura de ignición.
65

El aire que es rico en oxígeno entra al fuego por las partes
bajas.
 El calor y los gases suben a las partes altas en forma de
convección.
 Se acumulan grandes cantidades de calor, humo y gases
calientes, y estos se expanden en toda la habitación.
 La temperatura se encuentra en un 700º c aprox. Esta
temperatura hace que los materiales desprendan vapores,
estallando simultáneamente en llamas.
 Este fenómeno llamado combustión súbita generalizada se le
conoce como ( FLASH OVER).

Consideraciones especiales
• Fenómeno flameover/rollover:
– Se produce cuando las llamas se mueven através o a lo largo
de los gases no quemados durante la progresión del incendio.
– Este fenómeno no debe confundirse con la combustión súbita
generalizada (flashover).
– El flameover sólo involucra a los gases del fuego y no a las
superficies de los demás combustibles en el compartimiento.
– Normalmente ocurre durante la fase de crecimiento cuando
las capas de gases calientes se forman al nivel del cielo raso.
67

FLASHOVER
COMBUSTION SUBITA GENERALIZADA
Condicion previa al flashover
Flashover
Temperatura ambiente en exceso
de 483°C (900°F)
todas las superficies combustibles
arden igual que los gases
Humo recirculante

POST FLASHOVER
Aire
Aire
Humo circulando

ROLLOVER
Los vapores super calentados se inflaman
El frente de las llamas ruedan por el techo.

• Capas térmicas:
–Son las capas que forman los gases según
la temperatura durante el incendio.
–La capa superior está constituida por los
gases más calientes, mientras que las
capas inferiores están formadas por gases
más fríos.
71

CAPAS TERMALES

CAPAS TERMALES
Calor extremo
Calor moderado
Calor leve
Desequilibrio
térmico

• Desarrollo completo:
–Se dice que la fase de desarrollo completo del
incendio se produce cuando todos los
materiales combustibles en un compartimiento
se ven afectados por el fuego.
–En esta etapa, los combustibles que arden en el
compartimiento liberan la máxima cantidad de
calor posible y se producen grandes volúmenes
de gases del fuego.
74

• Disminución:
–Se produce cuando el incendio consumió el
combustible disponible en el compartimiento
y la velocidad de liberación de calor
disminuye.
–En esta etapa, el incendio se convierte en
un incendio controlado a nivel de
combustible, la cantidad de fuego disminuye
y las temperaturas comienzan a disminuir.
75

Las llamas han dejado de existir por falta de oxígeno.
 La temperatura en la parte alta es de 538º C aprox.
 La concentración de oxígeno es a menos del 16%.
 El fuego continua en forma de brasas incandescentes
 El cuarto se llena completamente de humo denso y gases.
 El intenso calor tendera a vaporizar las fracciones ligeras de los
combustibles como el Hidrogeno y Metano los cuales se incrementarán a
los ya existentes producidos por el fuego.
 Esta condición crea una atmósfera de sumo riesgo, pues una corriente
de aire fresco puede causar: un retroceso de flama o una explosión por
flujo reverso (BACKDRAF).

Factores que afectan el
desarrollo del fuego
77
Velocidades de liberación de calor de materiales comunes
Material Velocidad de liberación de calor máximo
kW Unidad térmica
británica (Btu)/s
Bote de basura (0,53 kg)
con cajas de leche (0,40 kg)
15 14,2
Silla tapizada (con relleno de algodón) (31,9 kg) 370 350,7
Cuatro sillas apilables (marco metálico, rellenas de espuma
poliuretánica) (7,5 kg cada una)
160 151,7
Silla tapizada (espuma poliuretánica) (28,3 kg) 2,100 1.990,0
Colchón (algodón y yute) (25 kg) 40 37,9
Colchón (espuma poliuretánica) (14 kg) 2,630 2.492.9
Colchón y sommier (algodón y espuma poliuretánica) (62,4 kg) 660 626.0
Sofá tapizado (espuma poliuretánica) (51,5 kg) 3,200 3.033.0
Gasolina/kerosene (envase de 2 pies cuadrados) 400 379,0
Árbol de navidad (seco) (7,4 kg) 500 474,0

• Explosión de gases de humo con efecto reverso:
– Si el compartimiento no se ha ventilado, se
acumularán grandes volúmenes de gases calientes
sin quemar.
– Los gases que se encuentran a su temperatura de
ignición o por encima de ésta no tienen el oxígeno
suficiente para encenderse.
– Cualquier acción de los bomberos que permita que
el oxígeno se mezcle con estos gases calientes
puede provocar una ignición conocida como
explosión de gases de humo con efecto reverso.
78

INDICADORES DE BACKDRAFT
EXPLOSION DE HUMO
Humo en
bocanadas
Humo amarillo
grisáceo
Paredes muy calientes al
tocarlas
Fuego color naranja
visible o brillante
Ventanas
Oscurecidas
Vibración en
ventanas
Vidrios calientes sin
quebrar

•Nivel bajo de oxígeno
•Nivel alto de calor
•Incendio incandesente
•Consentraciones altas de vapor
•Combustible
Condiciones previas a una explosión de humo
Explosión de humo
•La intruducción de oxígeno provoca un incendio de fuerza explosiva
BACKDRAFT

Propiedades extintoras del agua
• Características físicas:
– Enfría ya que elimina el calor del fuego.
– También actúa por sofocación cuando el agua
absorbe grandes cantidades de calor y diluye
el oxígeno.
– Las capacidades expansivas del agua cuando
se convierte en vapor son de gran ayuda porque
quita el humo y el calor del área.
82

• Ley de calor específico:
– El calor específico es la medición de la cantidad
de calor que puede absorber una sustancia.
– El agua es uno de los agentes extintores
principales debido a su capacidad de absorber
grandes cantidades de calor.
– Es posible utilizar otros agentes extintores,
pero no son tan efectivos como el agua.
83

Ley de calor específico
84
Agente Calor específico
Agua 1,00
Solución de cloruro de calcio 0,70
Dióxido de carbono (sólido) 0,12
Dióxido de carbono (gas) 0,19
Bicarbonato de sodio 0,22

• Ley del calor latente de vaporización:
– Cuando una sustancia pasa del estado líquido
a gaseoso, la cantidad de calor que absorbe
esa sustancia se denomina calor latente
de vaporización.
– Para que un líquido cambie a estado gaseoso,
debe alcanzar el punto de ebullición.
– Para que una libra de agua se convierta en vapor,
se necesitan aproximadamente 970 Btu
de calor adicional.
85

Ley del calor latente de vaporización
86

87Propiedad de la IFSTA, recreado con permiso

• Ley del calor latente de vaporización:
–Ejemplo: galón de agua
• Peso: 8,33 libras
• 1,122 Btu x 8,33 = 9,263 Btu necesarias
para convertirlo en vapor
88

• Ventajas y desventajas del agua:
– Ventajas:
• El agua tiene una mayor capacidad de absorción
del calor.
• Para que el agua se transforme en vapor se necesita
una cantidad relativamente grande de calor.
• A mayor superficie de agua expuesta, más rápida
es la absorción del calor.
89

• Ventajas y desventajas del agua:
– Desventajas:
• La tensión de superficie es elevada.
• Reacciona con determinados metales.
• Es de baja opacidad.
• Es de baja reflectividad.
• Temperatura bajo cero
• Es de baja viscosidad.
• Es conductora de electricidad.
90

METODOS DE EXTINCION DE INCENDIOS
Reducción de la
temperatura
Supresión del
combustible
Eliminación del oxígeno Inhibición de la reacción
en cadena

TABLA UNIVERSAL
TABLA BIRCHALL
X

INCENDIO CLASE A
Madera
Papel
Goma
Plástico
Métodos de extinción:
• Enfriamiento con
agua.
• Sofocar con agua o
espuma clase A.
Materiales: Combustibles ordinarios

INCENDIO CLASE B
Materiales:
Líquidos
Gases
Métodos de extinción:
• Inhibición de la
reacción química
• Cubrir/sofocación
• Remover el combustible
• Reducir la temperatura

INCENDIO CLASE C
Material:
Equipo eléctrico activo
•Métodos de extinción:• Métodos de extinción
• Agente extintor (Halon,
polvo químico seco, dióxido
de carbono)
• Al desenergizar puede
ser tratado como incendio
clase A o clase B

INCENDIO CLASE D
magnesio
titanio
circonio
sodio
potasio
litio
calcio
zinco
Método de extinción:
• Cubrir con agentes especiales,
polvos secos específicos.
Materiales:
Metales Combustibles

INCENDIO CLASE K
Incendios en grasas e gorduras animales e
vegetales con propiedades de saponificacion.
Por que K ?

TABLA BIRCHALL

Resumen
En este módulo, aprendió sobre el concepto de la
ciencia del fuego y cómo se relaciona con las
tareas de extinción. Los temas tratados fueron la
teoría del fuego, el proceso de combustión, las
fuentes de energía calórica, cómo se transmite el
calor, las diferentes fases del combustible, los
productos de la combustión y sus peligros, cómo
se desarrolla un incendio, consideraciones
especiales y las propiedades extintoras del agua.
99

Examen del modulo
100

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