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Incendios Grupo Incendios · temas 3 a 7

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PARTE 3. Grupo INCENDIOS. Teoría del fuego e hidráulica: caracterización y técnicas (tema 4)

Este capítulo pertenece al grupo Incendios del temario específico y cubre el tema 4: teoría del fuego, caracterización y técnicas, e hidráulica, caracterización y técnicas. La fuente es el Manual de Incendios del CEIS Guadalajara y Grupo Tragsa, edición de 2015, en sus partes 1 (Teoría del fuego, con un capítulo de caracterización y otro de técnicas) y 2 (Hidráulica, también con caracterización y técnicas). Es el mismo documento que el servicio distribuyó como "Tema 4. Teoría fuego". El capítulo sigue el orden del manual: química básica del fuego, combustión y sus productos, triángulo y tetraedro, clasificación de incendios, evolución y transmisión del calor; mecanismos de extinción y agentes extintores con sus aplicaciones; y por último hidráulica, con propiedades de los fluidos, hidrostática, hidrodinámica, bombas centrífugas e instalaciones. Termina con las cifras clave.

3.1. Conceptos básicos: materia y reacciones

Concepto. La atmósfera es una mezcla de gases: oxígeno en un 21 por 100, nitrógeno en un 79 por 100 y otros gases en un 0,02 por 100 (dióxido de carbono, neón, criptón, xenón). Los gases inertes, como el nitrógeno y los gases nobles, tienen configuración electrónica estable y no reaccionan.

Concepto. La materia está formada por moléculas, integradas por átomos, que a su vez constan de protones (carga positiva; su número es el número atómico), neutrones (sin carga) y electrones (carga negativa). Cuando se agrupan dos o más clases de átomos se habla de compuestos. La fórmula química expresa el número de átomos de cada elemento: el agua es H2O y el butano C4H10, con cuatro carbonos y diez hidrógenos.

Concepto. Una reacción es el cambio que experimenta un elemento o compuesto. Las reacciones físicas cambian el estado de la materia sin formar sustancias nuevas (hielo que pasa a vapor). Las reacciones químicas cambian la composición y forman productos distintos de los reactivos; solo participan los electrones, la energía intercambiada es relativamente pequeña y la velocidad depende de temperatura, presión, concentración y catalizadores. Las reacciones nucleares transforman los núcleos, liberan enormes cantidades de energía y no dependen de temperatura, presión ni catalizadores; hay fisión, en la que un núcleo pesado bombardeado con neutrones se divide en dos y emite dos o tres neutrones que pueden dar reacción en cadena, y fusión, en la que dos núcleos ligeros se unen en uno más pesado.

3.2. Teoría del fuego: definiciones, reacciones exotérmicas y redox

Concepto. La norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por la emisión de calor, humo y llamas, y la combustión como una reacción química exotérmica de oxidación en la que se combina un elemento que arde, el combustible, y otro que produce la combustión, el comburente, generalmente el oxígeno gaseoso, con desprendimiento de calor, luz, humo y gases. La UNE 23026 es antigua pero se sigue aplicando en España para definir el fuego; la UNE-EN ISO 13943 de 2001 se aplica en Europa y la anula, y la NFPA se aplica en Estados Unidos y en varios países latinoamericanos. El fuego es una reacción de oxidación-reducción fuertemente exotérmica; la velocidad del proceso determina si es una simple oxidación o una violenta explosión.

Concepto. En una reacción química primero se rompen enlaces y después se forman otros nuevos. Si los enlaces formados son más fuertes que los rotos se libera calor: reacción exotérmica, en la que disminuye la energía interna del sistema. Si se absorbe energía y aumenta la energía interna: endotérmica. Las exotérmicas espontáneas son más frecuentes; la disolución de sal en agua es una endotérmica espontánea.

Concepto. Las reacciones redox implican movimiento de electrones desde la sustancia que los cede, el reductor, que se oxida, hacia la que los capta, el oxidante, que se reduce. En el fuego el oxidante es el comburente y el reductor es el combustible. Oxidación y reducción siempre van unidas: para que uno se oxide (gana oxígeno) el otro debe reducirse (pierde oxígeno).

3.3. Combustiones: definición, tipos y velocidad

Concepto. La ISO 13943 define la combustión como reacción exotérmica de una sustancia con un oxidante, que generalmente emite efluentes acompañados de llamas o luz visible. Los combustibles más frecuentes son materias orgánicas con carbono e hidrógeno. En la combustión completa los productos son dióxido de carbono, agua, dióxido de azufre si hay azufre y a veces óxidos de nitrógeno según temperatura, oxígeno y sobre todo presión. En la incompleta aparecen monóxido de carbono y carbón. Características: proceso redox, de cinética rápida, fuertemente exotérmico, autoalimentado cuando hay reacción en cadena; la velocidad de reacción determina el calor producido; los productos son calor, humo, gases y radiación luminosa, sin que necesariamente haya llamas; la combustión en fase sólida suele dar incandescencia y la de fase líquida o gaseosa llama visible.

Concepto. Hay dos tipos principales. Las combustiones de aportación, en las que la masa reactiva se incorpora al frente de reacción, se dividen en:

Concepto. Una explosión es una súbita liberación de gas a alta presión lo bastante rápida para que la energía se disipe mediante una onda de choque. Deflagración: onda de combustión con frente a velocidad subsónica. Detonación: frente a velocidad sónica o supersónica con onda de choque asociada.

3.4. Productos de la combustión: humo, llamas, calor y gases

Concepto. Los productos de la combustión pesan y ocupan lo mismo que los elementos iniciales: la materia ni se crea ni se destruye, solo se transforma.

Humo. Partículas sólidas y líquidas en suspensión, principalmente vapor de agua, incompletamente quemadas y arrastradas por convección. Con calor y oxígeno adecuados es inflamable. El hollín es polvo rico en carbono de 0,005 a 0,01 milimicras propio de combustiones incompletas, acusado en derivados del petróleo; también hay cenizas (residuos inorgánicos de combustión completa) y escorias. El humo es el principal factor de riesgo del incendio: irrita, provoca lagrimeo, impide el paso de la luz y puede ser inflamable o explosivo. Es muy difícil saber qué arde por el color, pero orientativamente: blanco, combustibles que arden libremente con gran presencia de oxígeno y mucho vapor de agua (vegetales, forrajes, piensos); negro, gran carga térmica con poco oxígeno (fibras sintéticas, polímeros, cauchos, gasóleo, gasolina, plásticos); amarillo, sustancias con azufre; amarillo verdoso, cloro; violeta, yodo; azul, hidrocarburos.

Llamas. Gas incandescente cuya temperatura depende del combustible y del comburente; la ISO la define como zona de combustión en fase gaseosa, usualmente con emisión de luz. Los sólidos se descomponen por pirólisis y arden sus gases, así que las llamas se producen siempre en fase gaseosa. Con mucho oxígeno son amarillas luminosas y oxidantes; con poco, azules, reductoras y más energéticas. La combustión del coque es una excepción sin llama. Zonas: interna, fría y oscura, sin combustión por falta de oxígeno; media, muy luminosa, combustión incompleta; externa, poco luminosa, con las temperaturas máximas porque la combustión es completa. En la práctica las llamas alcanzan de 1.800 a 2.200 grados; solo la oxiacetilénica supera esas temperaturas.

Calor y temperatura. El calor es la transferencia de energía por diferencia de temperatura, suma de la energía cinética de todas las moléculas; la temperatura es su manifestación, la energía cinética media. Los cuerpos no tienen calor sino temperatura. Las cinco categorías de energía calorífica son eléctrica, mecánica, química, nuclear y solar. La caloría es el calor necesario para elevar un grado un gramo de agua (entre 14,5 y 15,5 grados); kilocaloría, 1.000; megacaloría, un millón. Llevar un litro de agua de 20 a 100 grados exige 80 kilocalorías, que ese litro roba al fuego. El julio es la unidad del Sistema Internacional (un newton por un metro); una caloría equivale a 4,1868 julios y un julio a 0,24 calorías. El vatio es un julio por segundo; el calor liberado en un incendio se expresa en kilovatios o megavatios. Calor específico: calor para elevar un grado un gramo de sustancia; cuanto mayor, mayor efecto refrigerante: agua 4,182 julios por gramo y grado (una caloría), aire seco 1,009, aluminio 0,896, bronce y cobre 0,385, hormigón 0,92, hielo 2,09 (media caloría), plomo 0,13, vidrio 0,779, zinc 0,389. Capacidad calorífica: masa por calor específico. Escalas: Celsius de 0 a 100, Réaumur de 0 a 80 (en desuso), Fahrenheit de 32 a 212 (países de habla inglesa), Kelvin de 273 a 373; el cero absoluto son 273 grados bajo cero. Fahrenheit igual a Celsius por 1,8 más 32 (27 grados son 80,6 Fahrenheit); Kelvin igual a Celsius más 273,15. El calor produce dilatación (lineal, superficial y cúbica; los gases dilatan más; el agua se dilata al bajar de 4 a 0 grados) y cambios de estado: progresivos con absorción de calor (fusión, vaporización, sublimación) y regresivos con desprendimiento (solidificación, condensación o licuefacción, sublimación regresiva).

Gases de combustión. Dióxido de carbono, monóxido de carbono y vapor de agua son los más abundantes; también amoniaco, dióxido de azufre, ácido cianhídrico, óxidos de nitrógeno, ácido clorhídrico y fosgeno.

3.5. Fuego e incendio. Triángulo y tetraedro del fuego

Concepto. El diccionario de la Real Academia define fuego como calor y luz producidos por la combustión e incendio como fuego grande que destruye lo que no debería quemarse. La ISO 13943 define el fuego como combustión autosoportada puesta en marcha deliberadamente para beneficiarse de sus efectos y controlada en duración y extensión, y el incendio como combustión que se propaga incontroladamente en el tiempo y en el espacio.

Concepto. El triángulo del fuego lo forman combustible, comburente y energía de activación; si falta uno no hay incendio o se extingue. El cuarto factor, la reacción en cadena, da lugar al tetraedro; es un tetraedro y no un cuadrado para expresar la relación de cada cara con las demás.

Combustible. Sustancia capaz de arder en presencia de una energía de activación. Sólidos, líquidos y gases siempre entran en combustión en estado gaseoso (pirólisis o pirogenación). Constantes: punto de inflamación o flash point, temperatura mínima a la que emite vapores suficientes para inflamarse en contacto con una fuente de ignición, sin la cual no arde, referido a 760 milímetros de mercurio; punto de ignición o de incendio, temperatura mínima a la que los vapores se inflaman y mantienen la inflamación aunque se retire la fuente, unos grados por encima del anterior; punto de autoinflamación, temperatura mínima a la que los vapores arden sin fuente de ignición; punto de autoignición, temperatura a la que hay que calentar el combustible con oxígeno para que se inflame y sostenga la combustión sin foco externo. Límites de inflamabilidad: el límite superior es la máxima concentración de vapores en aire capaz de arder (por encima falta comburente) y el inferior la mínima (por debajo falta combustible); entre ambos está el rango de inflamabilidad, con el punto ideal de combustión, donde arde en las mejores condiciones, y el punto estequiométrico, donde la velocidad es máxima y se genera explosión. Rangos, límite inferior y superior en por 100: amoniaco 16 y 25; monóxido de carbono 15,5 y 74; metano 5 y 15; alcohol etílico 4,3 y 7,1; cloruro de vinilo 3,6 y 33; etano 3 y 14,4; acetileno 2,5 y 81; acetona 2,5 y 19,3; propileno 2,4 y 11; propano 2,2 y 9,5; butano 1,8 y 8,4; pentano 1,5 y 7,8; gasolina 1,5 y 7,6; benceno 1,4 y 7,1; aguarrás 1,1 y 6; gasoil 0,6 y 6,5. Temperaturas de inflamación y autoinflamación: poliamida 420 y 425 grados; polietileno 345 y 490; aceite 232 y 343; madera 225 y 280; glicerina 160 y 370; gasoil 60 y 330; alcohol etílico 18 y 425; acetona menos 18 y 540; gasolina menos 39 y 285; butano menos 60 y 287; propano menos 104 y 450; gas natural menos 180 y 482; metano menos 188 y 537; hidrógeno menos 259 y 580.

Comburente. Agente oxidante; el oxígeno molecular es el más común, presente en el aire en un 21 por 100 en volumen y un 23 por 100 en peso (real: nitrógeno 78,03, oxígeno 20,99, argón 0,94, dióxido de carbono 0,03; peso molecular del aire 29). La nitrocelulosa contiene oxidante y reductor y arde solo con la energía de activación. Por debajo del 15 por 100 de oxígeno generalmente el fuego se apaga; se determina con el ensayo del índice crítico de oxígeno. Los ácidos sulfúrico y nítrico pueden incendiar materia orgánica sin fuente de ignición, y la materia comburente afectada por el fuego libera oxígeno y sostiene la combustión sin oxígeno atmosférico.

Energía de activación. Energía mínima para iniciar la reacción, aportada por llamas abiertas, superficies calientes, chispas eléctricas, estáticas y de fricción, y brasas, con orígenes químico, mecánico, eléctrico, térmico, biológico (fermentación) y natural o atmosférico (rayos). Las chispas de instalaciones eléctricas tienen temperatura superior a las llamas.

Reacción en cadena. Solo aparece en la combustión con llama; consiste en el automantenimiento de la combustión por eliminación de los radicales libres (hidroxilos), con roturas crecientes de enlaces de carbono y oxígeno. Su velocidad se duplica con una elevación de 10 grados y puede multiplicarse por un millón o más con 200 grados.

Agentes pasivos. No participan en la reacción pero absorben energía: gases no inflamables (dióxido de carbono, vapor de agua), hollín, agua y nitrógeno, el 79 por 100 del aire, que permanece inerte.

Combustible frente a inflamable. Una sustancia combustible tiene punto de ignición bajo y mantiene el fuego; una inflamable es un combustible que emite gases con facilidad según el flujo de calor recibido, su constitución y su punto de inflamación.

3.6. Tipos de incendios

Según el combustible (norma EN 2, que sustituye a la derogada UNE 23010). Clase A: sólidos con alto punto de fusión, generalmente orgánicos, que forman brasas y retienen oxígeno en su interior, llamados fuegos profundos (madera, carbón, tela, papel, cartón, paja, plástico, caucho); los sólidos no arden, arden los vapores de la pirólisis, descomposición química por temperatura sin oxígeno. Clase B: líquidos y sólidos licuables, sin brasas, arden los vapores (gasolina, petróleo, alcohol, gasóleo, alquitrán, grasas, ceras, parafinas). Clase C: gases (acetileno, butano, metano, propano, gas natural, gas ciudad, hidrógeno, propileno). Clase D: metales (aluminio en polvo, potasio, sodio, magnesio); desplazan el hidrógeno del agua y explotan, el agua está prohibida casi siempre; en algunas clasificaciones se denominan M. Clase F: aceites y grasas de cocina en aparatos de cocina, clase K americana. La antigua clase E de fuegos eléctricos desaparece porque la electricidad no es combustible; cortada la corriente el combustible define la clase, generalmente A.

Por la forma del foco. Plano: horizontal y visible desde cualquier punto (líquidos, charcas). Vertical: varios planos o zonas ocultas (pacas, apilamientos). Alimentado: mantenido por depósitos, aljibes o tuberías (escapes de gas).

Por la superficie afectada (solo forestales). Grado I hasta 4 metros cuadrados, pequeño; II de 4 a 10, mediano; III de 10 a 100, grande; del IV al X, de envergadura, desde 100 metros cuadrados hasta más de 5.000 hectáreas (VI de 5.000 a 10.000 metros cuadrados, una hectárea). A partir de 100 metros cuadrados es de envergadura si la altura de llamas supera la diagonal media de la superficie; si no, es grande.

Por la velocidad de reacción. La velocidad de propagación de la llama es la del frente de reacción: butano 0,9 metros por segundo, acetileno 14. Combustión lenta o oxidación: sin luz, poco calor, sin reacción en cadena (amarilleado del papel, óxido). Combustión simple, normal o rápida: frente inferior a 1 metro por segundo, la de los incendios normales. Combustión instantánea o explosión: más de 1 metro por segundo con sobrepresiones, gracias a la mezcla previa de combustible y oxidante. Deflagración: entre 1 metro por segundo y la velocidad del sonido, 340 metros por segundo, con presión de cinco a diez veces la inicial; casi todas las explosiones son deflagraciones porque rompe algún cristal o tabique que libera presión (vapores de líquidos inflamables, mechas lentas). Detonación: frente supersónico, sobrepresiones de veinte a cuarenta veces, incluso cien; el frente de llama acompaña al de presión (explosivos industriales).

Por el oxígeno. Completa: oxígeno abundante, produce dióxido de carbono y agua, humo blanco o gris pálido. Incompleta: escasez de oxígeno, produce monóxido de carbono, ávido de oxígeno y amenaza de explosión ante ventilación súbita; humo negro y muy caliente.

Con o sin llama. Líquidos y gases arden siempre con llama; la mayoría de los plásticos son líquidos inflamables solidificados. Dos tercios del calor pasan al ambiente y un tercio como radiación. Sin llama o incandescencia: carbono puro y metales oxidables (magnesio, aluminio, zirconio, uranio, sodio, potasio) a 1.500 a 2.000 grados, sin reacción en cadena, representados por el triángulo.

Por el lugar y la magnitud. Interiores: sin manifestación exterior, consumen el oxígeno interior y acumulan gases tóxicos y combustibles a presión. Exteriores: alimentados por el aire exterior, se propagan rápido. Por actividad: viviendas, industrias, garajes, hospitales, espectáculos, comercios, almacenes, vía pública, gran volumen. Conato: sofocable con extintores. Incendio parcial: parte de una instalación, ya no sirven los extintores. Incendio total: fuera de control, se intenta que no pase a colindantes.

3.7. Evolución del incendio y transmisión del calor

Fases. Inicio: coinciden los tres factores y el calor mantiene la reacción en cadena. Desarrollo: combustión completa con oxígeno suficiente; la temperatura sube aceleradamente (el techo de un cuarto puede superar los 700 grados), se inflaman otros elementos por radiación y conducción, baja el oxígeno y crece el monóxido de carbono; es la fase latente, muy peligrosa porque anticipa la combustión súbita generalizada: la sobrepresión rompe cristales, entra aire y se produce la combustión. Propagación: el calor se transmite por todos los medios, con corrientes de convección y radiación relevante. Extinción: natural por agotamiento del combustible o provocada.

Transmisión. El calor pasa del cuerpo más caliente al más frío buscando equilibrio; determina ignición, combustión y extinción. Conducción: contacto molecular directo, sobre todo en sólidos; no existe en el vacío; depende de la superficie de contacto, la diferencia de temperaturas, el espesor (a más espesor menos eficiencia), la relación superficie-volumen, la conductividad térmica (mejor en sólidos que en líquidos y en líquidos que en gases; los mejores aislantes son fibras sólidas con aire en los intersticios) y el calor específico. Convección: en fluidos, las masas calientes suben al expandirse y perder densidad y las frías bajan; necesita materia; convierte los combustibles aéreos en disponibles, pasa los incendios de superficie a copas y arrastra pavesas; probablemente es la que más influye en la estrategia; con pendiente acelera cuesta arriba y cuesta abajo solo actúa la radiación; en capas compactas no actúa. Radiación: ondas electromagnéticas en línea recta a la velocidad de la luz, con o sin medio material, absorbidas, reflejadas o transmitidas; las emisiones del fuego son sobre todo infrarrojas.

3.8. Mecanismos de extinción

Concepto. Actúan sobre los factores del tetraedro.

3.9. Agentes extintores

Concepto. Agente extintor es el producto que aplicado sobre el fuego provoca la extinción actuando sobre el tetraedro; el extintor es solo el envase. Se clasifican en líquidos, sólidos y gaseosos.

Agua. Incolora, inodora e insípida, hierve a 100 grados, se hiela a 0 y tiene máximo volumen a 4 grados. Calor latente de vaporización 540 calorías por gramo, de fusión 80, calor específico una caloría por gramo y grado: vaporizar un litro a 15 grados exige 85 kilocalorías hasta 100 grados y 539 más. Densidad un kilogramo por litro. Al evaporarse multiplica su volumen entre 1.500 y 1.700 veces (1.880 según algunas bibliografías). Gran capacidad disolvente; viscosidad casi constante, bombeable de 1 a 99 grados; elevada tensión superficial que permite chorro sólido o niebla; densidad que da penetración; no se disocia hasta unos 1.650 grados; temperatura crítica 374 grados. Es el agente más conocido, abundante, empleado y barato. Actúa por enfriamiento (a menor gota mayor superficie y enfriamiento y menor conductividad eléctrica; solo es efectiva sobre líquidos inflamables con punto de inflamación superior a 38 grados), sofocación por el vapor y dilución en líquidos hidrosolubles. El agua nebulizada usa boquillas especiales y presiones de 4 a 200 bares.

Aditivos. Humectantes (agua mojada, húmeda o pesada) reducen la tensión superficial y penetran en sólidos. Espesantes o viscosantes aumentan la viscosidad para que escurra menos; se usan en forestales y para flotar sobre líquidos; son tóxicos. Agua con boratos o lechada, para forestales, forma un recubrimiento vidrioso aislante pero asienta deprisa. Modificadores de flujo o agua rápida: reducen las pérdidas por fricción, que se deben en un 10 por 100 a las paredes y en un 90 por 100 a la turbulencia; con óxido de polietileno, cuatro litros en 23.000 litros de agua aumentan el flujo un 70 por 100 y duplican la presión en boquilla; se dosifica uno a 6.000. Modificadores de densidad: añadir aire (espumas) o emulsificantes; los detergentes bajan la presión de vapor del combustible por debajo del límite inferior.

Espumas. Normas UNE 23603 (espumas físicas), UNE 23600 (clasificación de agentes) y UNE EN 1568 (concentrados, la más actual); las químicas están en desuso. Son masas de burbujas de aire formadas con espumógeno (concentrado tensoactivo), agua y aire; espumante es la mezcla de espumógeno y agua y espuma la de espumante y aire; su densidad es menor que la del líquido inflamable más ligero. Propiedades: cohesión, estabilidad medida por el tiempo de drenaje, fluidez, resistencia al calor, a la contaminación por el combustible y a los polares (la mayoría, salvo AFFF, se ven afectadas), toxicidad nula, cierta conductividad eléctrica mayor cuanto menor es la expansión, incompatibilidad con polvos y con otros espumógenos. Es el principal agente para líquidos inflamables; actúa por sofocación (las de alta expansión desplazan todo el aire) y enfriamiento. El coeficiente de expansión es el volumen de espuma entre el de espumante, inverso de la densidad: según UNE EN 1568 baja menor de 20 (densas, mismo alcance que el agua), media de 20 a 200 (alcance de 5 a 6 metros) y alta más de 200; según UNE 23603 baja de 3 a 30, media de 30 a 250, alta de 250 a 1.000; según UNE 23600 baja de 2 a 20, media de 20 a 200, alta más de 200. Por naturaleza: proteínicas (hidrólisis de proteínas animales, baja expansión, en desuso, incompatibles con polvos y no aptas para polares), fluoroproteicas FFFP (compatibles con polvos, no para polares), sintéticas (alta expansión, como el B-330), fluorosintéticas (baja) y formadoras de película acuosa AFFF (baja, polivalentes). Por función: para hidrocarburos, para polares (antialcohol) y polivalentes.

Polvos. Sales inorgánicas finamente pulverizadas (bicarbonato sódico, potásico, de urea-potasio, cloruro potásico, fosfato amónico) con aditivos como fosfato tricálcico o siliconas contra el apelmazamiento. Partículas de 25 a 30 micras; un extintor de 13,5 kilogramos contiene unos 4.500 metros cuadrados de superficie. Dieléctricos a bajas tensiones, estables por debajo de 50 grados. Actúan por inhibición (salvo los de clase D, que solo sofocan), sofocación secundaria y enfriamiento despreciable. Polvos BC o químicos secos: bicarbonato sódico o potásico hidrófugo, para B y C y tensión hasta 1.000 voltios, no eficaces en A, incompatibles con espuma; el carbonato potásico con urea es más efectivo. Polvos ABC o antibrasa: fosfatos, sulfatos y sales amónicas; el fosfato monoamónico forma una capa pegajosa (ácido metafosfórico) que sella las brasas. Polvos especiales para clase D: grafito y carbón mineral específicos para cada metal: G1 o pireno, Metal Guard, Met-L-X, Na-X, Lith-X; el magnesio arde incluso en dióxido de carbono o nitrógeno, y agua y halones son peligrosos.

Gases. Se almacenan líquidos a presión y se descargan gaseosos; penetran en todas partes pero se disipan en exterior. Nitrógeno: antes producía cianógeno y peróxido de nitrógeno; hoy se usa más; sofoca y enfría; muy caro. Dióxido de carbono: el gaseoso más utilizado, barato, licuable, en botellas por debajo de 31 grados; se descarga por debajo de menos 40 grados y forma nieve a menos 79 (extintores de nieve carbónica); pesa 1,5 veces más que el aire, dieléctrico, sin residuos, estable entre 700 y 1.330 grados; sofocación primaria y enfriamiento secundario. Halones: hidrocarburos halogenados de metano y etano; la cifra indica átomos de carbono, flúor, cloro, bromo y yodo; el 1211 (bromoclorodifluorometano) para medios manuales y aplicación local y el 1301 (bromotrifluorometano), menos tóxico, para inundación total, impulsados con nitrógeno; el flúor reduce ebullición y toxicidad, cloro y bromo aumentan eficacia y toxicidad; inhibición y sofocación primarias; fabricación prohibida en Europa por la capa de ozono, uso hasta agotar existencias. Sustitutos limpios e inertes: IG-01 argón al 100 por 100 (Argotec, Argonfire), IG-55 Argonite (50 por 100 nitrógeno y 50 por 100 argón) e IG-541 Inergen (52 por 100 nitrógeno, 40 por 100 argón, 8 por 100 dióxido de carbono).

3.10. Aplicaciones de los agentes

Agua. Muy efectiva en clase A; en B y C solo para control. Chorro compacto: el más usado pero no el más eficaz, largo alcance, solo participa del 10 al 20 por 100 del agua; solo en clase A, no en B (el líquido flota y propaga), ni eléctricos ni metales. Pulverizada o neblina: el modo más eficaz, para A y B, con tensión mediante chorros intermitentes y lanzas especiales, para dispersar nubes de gas y refrigerar; máxima refrigeración y sofocación. Limitaciones: conductora; más densa que la mayoría de los combustibles líquidos; el vapor extiende el fuego en líquidos no solubles; reacciona con sodio y aluminio (marcados con X o doble X en el panel naranja); se congela y aumenta de volumen por debajo de 4 grados; a 3.222,2 grados se descompone en hidrógeno y oxígeno con explosiones.

Espumas. Aplicación directa o violenta e indirecta o suave; en hidrocarburos de las dos formas, en polares solo indirecta. Usos: forestales como humectante, sótanos inundándolos, hidrocarburos y cubrición preventiva de derrames; el mejor agente en almacenamientos de líquidos, aeropuertos y plantas químicas. Espumógenos de media y alta expansión al 1 al 3 por 100; de baja y media al 3 al 6 por 100; siempre el porcentaje del fabricante: en exceso da espuma espesa y poco fluida, en defecto espuma inestable. Temperatura ideal de mezcla de 7 a 27 grados; presión en punta de lanza de 3,5 a 10 bares sin pasar de 14; 7,5 bares en bomba dan 3,5 en lanza porque la manguera pierde unos 4. No se debe empezar sin disponer del espumógeno necesario para neutralizar el siniestro, dato que debe calcular el mando intermedio. Como más del 95 por 100 es agua, sus limitaciones son las del agua, más el precio y el almacenamiento. Equipos: proporcionadores, lanzas de baja y media expansión y generadores de alta.

Polvos y gases. Polvos: primaria en B y C, incluidos alcoholes salvo disulfuro de carbono; el polivalente también en A; el especial en D; dieléctricos hasta 1.000 voltios; rápidos, compatibles con todo salvo espumas, baratos; pero no enfrían y el fuego reinicia, solo para fuegos limitados, abrasivos, dejan residuo, dañan equipos delicados. Nitrógeno: práctico con técnicas especiales en petróleo (Kuwait), genera gases tóxicos y es caro. Dióxido de carbono: muy bueno en superficiales de clase A y en B y C, admite alta tensión pero no equipos delicados ni materiales que desprenden oxígeno; en clase D se descompone y reaviva; instalaciones de inundación total con 3 o 4 toneladas; poca penetración, se disipa fuera, congelaciones, reignición; concentraciones: 2 por 100 efecto narcótico, 5 por 100 estimula la respiración, 6 por 100 máxima admisible, 7 a 9 por 100 pérdida de conocimiento, 20 por 100 muerte en 20 a 30 minutos, 22 por 100 necesaria para extinguir, evacuando antes. Halones: A, B y C y con tensión sin arcos; principal en eléctricos y gases; limpios, poca concentración, disparo automático con personas dentro; limitaciones: precio, ozono, gases tóxicos si no extinguen pronto, no para fuegos profundos.

3.11. Hidráulica: fluidos, hidrostática e hidrodinámica

Propiedades. Masa: cantidad de materia, en kilogramos, escalar, frente al peso, vectorial. Densidad (rho): masa por volumen, en kilogramos por metro cúbico. Peso específico (gamma): peso por volumen, en newtons por metro cúbico. Densidad relativa: comparada con el agua a 4 grados y una atmósfera; mercurio 13,6, hierro 7,8, grava 2,2, hielo 0,85, aceite 0,8, madera 0,5. Viscosidad (mu): oposición a las deformaciones tangenciales; solo se manifiesta en movimiento; el fluido ideal carece de ella; depende de la temperatura y en los gases aumenta con ella, al revés que en líquidos; un líquido viscoso pierde más presión. Capa límite: el fluido pegado a un sólido tiene su misma velocidad; el rozamiento se da entre capas. Presión de vapor: presión de equilibrio entre líquido y vapor a una temperatura; el líquido hierve cuando iguala la presión exterior, por eso al bajar la presión baja el punto de ebullición; el agua tiene 0,0173 kilogramos por centímetro cuadrado a 15 grados, 0,023 a 20, 0,075 a 40, 0,203 a 60, 0,482 a 80 y 1,033 a 100; hay que tenerla en cuenta en aspiración para evitar la cavitación. Tensión superficial: energía para aumentar la superficie por unidad de área; explica las gotas esféricas y, con las fuerzas líquido-sólido, la capilaridad; la del agua es alta por los puentes de hidrógeno.

Hidrostática. Estudia los fluidos en equilibrio con los principios de Pascal y Arquímedes. Presión: fuerza por unidad de superficie; el pascal es un newton por metro cuadrado. Presión atmosférica: equivale a 760 milímetros de mercurio y varía con altitud y meteorología. Una atmósfera son 1,033 kilogramos por centímetro cuadrado, 1,013 bares y 10,33 metros de columna de agua; un bar son 1,019 kilogramos por centímetro cuadrado y 100.000 pascales; en bomberos se igualan despreciando el error. Presión absoluta, referida al cero absoluto; relativa, a la atmosférica; los manómetros miden relativas. Presión estática, independiente de la velocidad, medida con tubos piezométricos; más la dinámica da la total. Ecuación fundamental: la diferencia de presión entre dos puntos es el peso de la columna de líquido; la presión crece con la profundidad, es igual a igual profundidad (vasos comunicantes), no depende de la forma del recipiente y es perpendicular a la superficie. Pascal: la presión sobre un fluido poco compresible en recipiente indeformable se transmite íntegra en todas direcciones; base de la prensa hidráulica, frenos, elevadores y equipos de corte y separación, que multiplican la fuerza en la relación de secciones. Arquímedes: el cuerpo sumergido recibe un empuje igual al peso del fluido desalojado, que depende de la densidad del líquido y del volumen sumergido, no de la presión.

Hidrodinámica. Supone líquido incompresible, viscosidad despreciable y régimen estacionario. Régimen laminar: partículas en láminas paralelas a baja velocidad; turbulento: remolinos por velocidad o cambios bruscos de dirección. El número de Reynolds separa laminar (menor de 2.000) y turbulento (mayor de 4.000), con transición entre ambos; las instalaciones de bomberos funcionan en turbulento. Caudal: líquido que pasa por una sección por unidad de tiempo, sección por velocidad. Continuidad: el caudal es constante sin fuentes ni sumideros, así que al reducir la sección aumenta la velocidad. Bernoulli: en un fluido ideal la suma de energía potencial, de presión y cinética es constante; en horizontal, menos sección implica más velocidad y menos presión; al subir cota la presión cae. Torricelli: la velocidad de salida por un orificio es la de caída libre desde la superficie; da el caudal de la lanza según la presión de entrada, corregido con un factor de surtidor K de 0,9 a 0,98 por la contracción de la vena líquida. Lanzas comerciales a 70 metros de columna de agua (7 kilogramos por centímetro cuadrado) con K 0,9: la de 25, boquilla de 5,5 a 12 milímetros, de 50 a 230 litros por minuto; la de 45, boquilla de 9,75 a 17,75, de 150 a 500; la de 70, boquilla de 13,75 a 21,75, de 300 a 750. Venturi: al estrecharse la sección sube la velocidad y baja la presión, aspirando otro fluido; base de pulverizadores y dosificadores. Golpe de ariete o pulso de Zhukowski: sobrepresión y depresión al variar bruscamente el caudal, por ejemplo al cerrar de golpe una válvula; la onda puede superar la velocidad del sonido en el fluido, dilata la tubería, se refleja y puede romper conductos.

3.12. Hidráulica: bombas centrífugas e instalaciones

Bombas centrífugas. Transforman la energía mecánica del motor en hidráulica: los álabes aceleran el fluido y el difusor convierte velocidad en presión. El incremento de energía es la altura manométrica; la potencia transferida es la potencia útil y el rendimiento es potencia útil entre consumida. Las curvas características, obtenidas por el fabricante regulando una válvula de salida, representan frente al caudal la altura manométrica (máxima a caudal nulo y decreciente al abrir), la potencia y el rendimiento; el punto óptimo de rendimiento define caudal y presión nominales. Las bombas de bomberos regulan las revoluciones con el acelerador, sin exceder normalmente de 5.000 revoluciones por minuto, dando familias de curvas.

Aspiración. El agua sube por el empuje de la presión atmosférica, no por la succión; la altura teórica máxima es 10,33 metros, inalcanzable porque la presión atmosférica baja con la altitud y el tiempo (10,33 metros a nivel del mar, 9,58 a 600 metros, 9,11 a 1.000, 8,45 a 1.600, 8,04 a 2.000, 7,56 a 2.500), por la presión de vapor (a más temperatura del agua menos altura: pérdida de 0,125 metros a 10 grados, 0,236 a 20, 0,43 a 30 y 0,745 a 40), porque el vacío no es perfecto y por las pérdidas en mangotes y alcachofa. En la práctica se aspira entre siete y ocho metros.

Cebado. La bomba centrífuga apenas succiona, así que hay que inundarla de agua antes de arrancar, salvo que el agua esté por encima; girar en vacío la avería por falta de lubricación y refrigeración. Dispositivos: eyector de gases (Venturi con los gases de escape), depresor de vacío (bomba de vacío eléctrica), anillo de agua (bomba volumétrica), autocebantes (depósito propio) y bomba de pistones. Se considera cebada cuando el agua toca el rodete; entonces se desconecta el cebado.

Cavitación. Formación de vapor por caída local de la presión por debajo de la de saturación y brusca condensación: ebullición a temperatura ambiente. Las burbujas implosionan en zonas de más presión (el agua se contrae 1.700 veces) golpeando los álabes con presiones locales de hasta 1.000 kilogramos por centímetro cuadrado, con picaduras, corrosión, ruidos y vibraciones como grava. Aparece con grandes alturas de aspiración o grandes caudales y, menos frecuente, por demanda excesiva desde el propio depósito. Se fija una altura geométrica máxima de aspiración de ocho a ocho metros y medio y se evita reduciendo alturas y caudales y aumentando la sección de mangotes.

Acoplamiento. En paralelo (entradas y salidas unidas): misma altura manométrica, suma de caudales. En serie (salida de una a entrada de otra): mismo caudal, suma de alturas, para impulsar a gran altura.

Instalación hidráulica. Lleva el agente desde la fuente al incendio; la básica es bomba, manguera y lanza. Ecuación de línea: presión en bomba igual a presión en punta de lanza más altura geométrica (positiva al subir, negativa al bajar) más pérdidas de carga, con 10 metros de columna de agua por bar. Las pérdidas de carga son pérdidas de energía por rozamiento y turbulencia: continuas en tramos regulares y locales o singulares en estrechamientos, cambios de dirección, válvulas y lanzas, mucho menores. Aumentan linealmente con la longitud, con el cuadrado del caudal, con la quinta potencia inversa del diámetro, y con la rugosidad y la viscosidad. Pérdidas por tramo en bares: manguera de 25 a 100 litros por minuto 2,5, a 200 litros 9, a 300 litros 20, a 500 litros 55; manguera de 45 a 100 litros 0,15, a 200 litros 0,37, a 300 litros 0,85, a 400 litros 1,7, a 500 litros 2,5, a 700 litros 5, a 1.000 litros 10; manguera de 70 a 300 litros 0,15, a 500 litros 0,35, a 1.000 litros 1,2, a 2.000 litros 4, a 4.000 litros 15. Locales a 235 litros por minuto: reducción de 45 a 25, 0,17 kilogramos por centímetro cuadrado; bifurcación de 45 a dos de 25, 0,031. Altura: al impulsar hacia abajo se suma un kilogramo por cada 10 metros; hacia arriba se resta uno por cada 10 metros. La curva de la instalación representa las pérdidas más la altura frente al caudal; el punto de funcionamiento es su intersección con la curva de la bomba. Para más caudal sin tocar la lanza se acelera la bomba y sube la presión en lanza; si se abre la lanza sube el caudal y baja la presión.

Alcance y reacción. El alcance depende del diámetro y de la presión de entrada: más presión, más alcance; a igual presión, más alcance a mayor diámetro; máximo con chorro y apertura total. Alcances a 5, 7, 10 y 12 kilogramos por centímetro cuadrado: lanza de 25, 29, 31, 33 y 35 metros; de 45, 34, 38, 42 y 45; de 70, 36, 39, 44 y 50. Reacción en lanza: empuje igual a presión por superficie de salida, mayor a más presión y diámetro; en cono disminuye hasta anularse hacia 180 grados, por lo que un tendido en espera se deja en cortina de protección. Contra el golpe de ariete, abrir y cerrar lentamente.

3.13. Cifras y datos clave

Aire: 21 por 100 de oxígeno en volumen y 23 en peso, 79 de nitrógeno; el fuego se apaga por debajo del 15 por 100 de oxígeno. UNE 23026 define el fuego; ISO 13943 rige en Europa; NFPA en Estados Unidos; EN 2 clasifica: A sólidos con brasas, B líquidos, C gases, D metales, F aceites de cocina, la E desaparece. Tetraedro: combustible, comburente, energía de activación y reacción en cadena, cuya velocidad se duplica cada 10 grados. Llamas de 1.800 a 2.200 grados; incandescencia de metales 1.500 a 2.000; techo en desarrollo más de 700. Combustión normal menor de 1 metro por segundo; deflagración de 1 a 340 con sobrepresión de 5 a 10 veces; detonación más de 340 con 20 a 40, hasta 100; butano 0,9 y acetileno 14 metros por segundo. Límites: acetileno 2,5 a 81; metano 5 a 15; propano 2,2 a 9,5; butano 1,8 a 8,4; gasolina 1,5 a 7,6; gasoil 0,6 a 6,5; amoniaco 16 a 25; monóxido 12,5 a 74,2 (tabla 15,5 a 74); cianhídrico 5 a 40; sulfhídrico 4,5 a 45. Inflamación: gasolina menos 39, gasoil 60, madera 225, butano menos 60, propano menos 104, metano menos 188; autoinflamación: gasolina 285, gasoil 330, madera 280, metano 537, hidrógeno 580. Monóxido 260 veces más afín a la hemoglobina. Dióxido de carbono densidad 1,52, nieve a menos 79, botellas por debajo de 31 grados, 6 por 100 máximo admisible, 20 por 100 muerte en 20 a 30 minutos, 22 por 100 extinción. Cloro 2,5 veces más pesado que el aire; fosgeno de PVC y freón, ebullición 8 grados. Agua: calor específico una caloría (4,182 julios), vaporización 540 calorías por gramo, fusión 80; un litro roba 80 kilocalorías de 20 a 100 grados; expansión 1.500 a 1.700 veces (1.770 y 1.880 según apartado); disociación a 1.650 grados; crítica 374; máximo volumen a 4 grados; eficaz sobre líquidos con inflamación superior a 38 grados; chorro compacto aprovecha del 10 al 20 por 100. Caloría 4,1868 julios; Fahrenheit igual a Celsius por 1,8 más 32; Kelvin igual a Celsius más 273,15. Nebulizada de 4 a 200 bares. Óxido de polietileno: 4 litros en 23.000, más 70 por 100 de flujo, dosis 1 a 6.000; fricción 10 por 100, turbulencia 90 por 100. Espumas: EN 1568 menor de 20, 20 a 200, más de 200; UNE 23603 3 a 30, 30 a 250, 250 a 1.000; UNE 23600 2 a 20, 20 a 200, más de 200; dosis media y alta 1 a 3 por 100, baja y media 3 a 6; mezcla de 7 a 27 grados; lanza de 3,5 a 10 bares, máximo 14; 7,5 en bomba dan 3,5 en lanza; más del 95 por 100 es agua; media expansión alcanza 5 a 6 metros. Polvos: 25 a 30 micras; 13,5 kilogramos dan 4.500 metros cuadrados; estables bajo 50 grados; tensión hasta 1.000 voltios; ABC lleva fosfato monoamónico. Halón 1211 manual, 1301 inundación; IG-01 argón, IG-55 Argonite mitad y mitad, IG-541 Inergen 52-40-8. Hidráulica: densidades relativas mercurio 13,6, hierro 7,8, grava 2,2, hielo 0,85, aceite 0,8, madera 0,5; una atmósfera son 760 milímetros de mercurio, 1,033 kilogramos por centímetro cuadrado, 1,013 bares y 10,33 metros de columna de agua; un bar 100.000 pascales y 1,019 kilogramos por centímetro cuadrado; presión de vapor del agua 0,0173 a 15 grados y 1,033 a 100; Reynolds laminar menor de 2.000, turbulento mayor de 4.000; K de surtidor 0,9 a 0,98; lanzas a 7 kilogramos: 25 de 50 a 230 litros por minuto, 45 de 150 a 500, 70 de 300 a 750, con alcances 31, 38 y 39 metros. Bombas hasta 5.000 revoluciones; aspiración teórica 10,33 metros, práctica 7 a 8, geométrica máxima 8 a 8,5 para evitar la cavitación, que produce 1.000 kilogramos por centímetro cuadrado; paralelo suma caudales, serie suma presiones. Pérdidas: lineales con longitud, cuadrado del caudal, quinta potencia del diámetro; un kilogramo por cada 10 metros de desnivel; manguera de 45 a 500 litros pierde 2,5 bares por tramo, la de 70 pierde 0,35, la de 25 a 200 litros pierde 9. Ecuación de línea: bomba igual a lanza más altura más pérdidas. Lanza en espera en cortina; apertura y cierre lentos contra el golpe de ariete.

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