Capítulo 1
Estrategia de seguridad contra incendios
El diseño de una correcta estrategia de seguridad contra incendios basa su actuación en dos etapas fundamentales:
1- Prevención de la ignición
2- Control y extinción del incendio
Teniendo en cuenta a las mismas se pueden conformar estrategias contra incendios que abarquen desde el diseño de las instalaciones (edificios, plantas industriales, etc.), hasta planes de acción (alertas, modos de extinción, rutas de evacuación, etc.).
Prevención de la ignición
La primera oportunidad de alcanzar la seguridad contra incendios es la separación de fuentes potenciales de calor con posibles combustibles (materiales incendiarios) que se encuentren en el lugar y puedan llegar a interactuar en determinado momento.
Los ingenieros y arquitectos siguen rigurosas normas de construcción que brindan la se- guridad y funcionalidad de un edificio; como ser evacuación de gases de combustión, pararrayos, carga adecuada de elementos eléctricos, instalación de cocinas y artefactos de calefacción, etc.
Estadísticamente está probado que la mayoría de los incendios ocurren por negligencia de los ocupantes al no respetar las pautas establecidas por los constructores de un edi- ficio; por ejemplo almacenando combustibles, sobrecargando las líneas de electricidad o introduciendo cambios en las estructuras originarias (extensión de tendidos eléctricos o de gas).
Es por ello que todo el proceso de prevención se basa en el control. Así tenemos:
• Control sobre las fuentes de energía: Ya sea por la eliminación de la fuente de calor o bien por la adecuada velocidad de la liberación de calor.
• Control de la interacción fuente – combustible: eliminando o acotando a límites seguros la transferencia del calor o bien el transporte del combustible.
• Control de combustibles: Eliminándolo o bien reduciéndolo a límites seguros de almacenamiento y de distribución.
En el anexo 1 se detallan los factores a tener en cuenta para la prevención de incendios.
Control y extinción del incendio
El control del incendio involucra a medidas tales como:
• Control del proceso de combustión:
Aquí se aplican todas las condiciones necesarias que sean efectivas para retar- dar el proceso de combustión e impedir que el incendio se desate y se propague.
A tal fin se deben detectar los riesgos que ayuden al crecimiento del incendio vinculados implícitamente con el combustible. Algunos parámetros a tener en cuenta son: propagación de las llamas, tasa de liberación de calor, cantidad de combustible disponible para alimentar el fuego, liberación de gases tóxicos y humo. Este último punto es de gran importancia dado que la mayoría de las muertes que se producen en un incendio son por intoxicación al inhalar dichos gases.
• Control del fuego por construcción:
Aquí nos referimos a los detalles constructivos que ayudan a minimizar la pro- pagación del incendio. Las barreras tales como paredes, divisiones y pisos re- trasan el avance del fuego. La efectividad de las mismas está dada por los ma- teriales de construcción y detalles constructivos como ser puertas, ventanas, conductos de ventilación, etc. Aunque inusual, un incendio de grandes propor- ciones puede poner en falla al sistema estructural del edificio.
• Supresión del fuego:
La clave del éxito de la supresión del fuego radica en la detección y alerta tem- prana de un incendio para poder así activar los mecanismos de extinción ade- cuados (automáticos o manuales).
Los mecanismos de detección pueden basarse en sensores de humo o bien de variaciones del régimen de calor. Cualquiera de los métodos que se elija deberá detectar el incendio, alertar y proveer del tiempo suficiente tanto para evacuar a los ocupantes del edificio, como para activar las medidas de supresión con las que se cuenta.
Mecanismos de supresión automáticos:
Son mecanismos que alertan, detectan y extinguen un incendio de forma automática. Los más comunes son aquellos sistemas con rociadores de agua (sprinklers), espumas y gases limpios.
La gran ventaja de estos radica en la pronta intervención al actuar directamen- te sobre el fuego y en que no se ven afectados por factores tales como el humo y calor.
Mecanismos de supresión manuales:
Estos sistemas requerirán de la operación humana para su empleo. Detectado el incendio, se procederá a dar alarma al cuartel de bomberos y ocupantes del lugar, procediendo a su evacuación. Se deberá juzgar la apropiada intervención de las personas presentes en el lugar para extinguir el fuego. Si fuese adecuado por sus conocimientos, experiencia y entrenamiento se procederá a dar comba- te al incendio en su etapa inicial. Los agentes más empleados en este tipo de supresión son las mangueras de agua contra incendio y los extintores de polvos químicos secos y espumas sintéticas.
Demsa produce y comercializa los agentes extintores de incendios empleados tanto en los mecanismos de supresión automáticos como manuales.
Resumen:
El diseño de una estrategia de seguridad contra incendios basa su acción en la preven- ción de la ocurrencia del mismo trabajando en la interacción de las variables calor / com- bustible.
La estrategia se completa con la adopción de diversas medidas tendientes a la salva- guarda de personas y de bienes encarando la pronta supresión del incendio mediante mecanismos y agentes de extinción adecuados.
Estos mecanismos de supresión basan su eficacia en la detección, alerta y extinción tem- prana de un foco de incendio. La evacuación de los ocupantes de un edificio es la tarea prioritaria, en todo momento se deberá velar por la salud y refugio de las personas eva- cuadas.
Capítulo 2
Física y química del fuego
En este capítulo nos referiremos a algunas definiciones básicas que nos servirán para conocer en más detalle las reacciones físico-químicas del fuego.
Combustión
La combustión es una reacción exotérmica (libera energía calórica) que involucra a un combustible (sólido, líquido o gaseoso).
El proceso obedece a una reacción de oxidación, en la cual se necesita la presencia de un combustible y un agente oxidante. El agente oxidante más común lo constituye el oxígeno atmosférico que se encuentra presente en el aire en una proporción del 21%. Los combustibles incluyen diversos materiales que debido a sus propiedades químicas, pue- den oxidarse para producir compuestos más estables que los mismos reactivos, como ser el dióxido de carbono, agua y liberación de calor.
En general, el uso del término agente oxidante, oxígeno y aire es indistinto salvo que se exprese lo contrario. En el anexo 2 se amplia el concepto de reacción de oxidación.
Ignición y proceso de combustión
Se entiende por ignición al proceso por el cual se inicia la combustión. La ignición puede ser provocada, por ejemplo, cuando se acerca una llama o chispa a la mezcla de aire/ combustible o bien espontánea cuando se alcanza una temperatura límite, en cuyo caso se habla de punto o temperatura de auto ignición.
Para que el proceso de combustión se convierta en sostenido, las moléculas de oxígeno y combustible deben alcanzar un estado activado que resultan en la formación de partí- culas altamente reactivas denominadas radicales libres; estas inician reacciones rápidas en cadena que convierten al combustible y al oxígeno en productos de combustión, con la consecuente liberación de energía calórica.
Una vez que ha ocurrido la ignición, la combustión durará hasta que todo el combustible u oxidante se haya consumido.
Para combustibles líquidos y sólidos, la ignición de la llama ocurre cuando se alcanza un estado gaseoso que se logra con el suministro de calor, creando así una fase de vapor y aire en la superficie del combustible.
Para los combustibles líquidos esto se manifiesta con la evaporación y se lo denomina punto de inflamación. Los sólidos en cambio, deberán sufrir a priori una descomposición química denominándose a dicho proceso pirolisis. El punto en cual se inicia esta transfor- mación se denomina límite de pirolisis o temperatura de superficie.
Los factores que influyen sobre la temperatura de ignición y en el proceso de combustión son variados y entre ellos encontramos: velocidad del flujo de aire, tamaño y estado del combustible, velocidad de calentamiento, etc.
Triángulo y tetraedro del fuego
A los fines de graficar el proceso de combustión en general se recurre al triángulo y te- traedro del fuego.
El triángulo asocia al fuego con los elementos físicos que lo componen, así tenemos re- presentada la vinculación del fuego con el combustible, el oxígeno y el calor.
El tetraedro en cambio introduce la variable química del proceso de reacción en cadena que produce la combustión.
Otra forma de representar el tetraedro es la siguiente.
Límites de inflamabilidad
Los límites de inflamabilidad definen los rangos de concentraciones en los cuales un gas inflamable en presencia del aire y de una fuente de ignición arderá. Cuando la tempera- tura de la mezcla aumenta el rango se amplía y al enfriarse se reduce.
Explosiones y velocidad de propagación de un incendio
Las explosiones ocurren cuando previamente a la ignición, se permite la mezcla íntima entre el combustible y el oxidante dentro de los límites de inflamabilidad. Como resulta- do de esto se sucede una reacción de combustión instantánea.
En la generalidad de los incendios sucede que el combustible y el oxidante no se en- cuentran pre-mezclados con lo cual la llama comienza con un flujo laminar, es decir con una velocidad predecible de propagación que depende de la transferencia de calor al combustible que aún no está ardiendo, del aporte de combustible y de la cantidad de oxígeno disponible.
Al extenderse el incendio, las reacciones de las partículas elementales en las llamas cobran importancia y se tornan inestables (régimen turbulento) mostrando un clásico parpadeo o pulsación, este tipo de fuego se hace presente cuando la superficie ardien- do supera los 50 cm de diámetro. En un incendio con llamas a régimen turbulento, la predicción del comportamiento del mismo se hace errática y adquieren una peligrosidad mayor.
En el anexo 3 se describe un cuadro clasificando a la combustión de acuerdo a su veloci- dad de propagación.
Calor y temperatura
La física entiende el calor como una forma de energía que se transfiere de un cuerpo (o sistema) a otro, vinculadas con el movimiento de átomos, moléculas y otras partículas. Es importante tener en cuenta que los cuerpos no tienen calor sino energía interna. El calor es la transferencia de una parte de dicha energía (la energía térmica). La cuantificación de calor se corresponderá entonces con unidades energéticas como ser el Joule, Watt, caloría, etc.
La temperatura en cambio es una magnitud física que expresa el nivel de calor que tiene un cuerpo o sistema y su capacidad de recibir o entregar calor.
La forma de medir la temperatura es con termómetros en diversidad de escalas que se corresponden con grados (Centígrados, Farenheit, etc.). El calor viaja siempre de altas a bajas temperaturas, hasta que ambos cuerpos logran el equilibrio térmico, es decir, se sitúan a la misma temperatura.
Transferencia del calor
La transferencia del calor está vigente en todas las etapas de un incendio, vale decir des- de su comienzo hasta su extinción. La transmisión del calor se da a través de una o la combinación de 3 posibles vías:
1- La conducción:
La transmisión de calor a través de la conducción se produce especialmente en los sólidos que se encuentran en contacto con la fuente de calor y está directa- mente vinculado con un factor propio del material denominado "conductividad térmica".
2- La convección:
La convección implica la transferencia del calor por medio de un fluido circulante (sea gas o líquido), así por ejemplo una estufa que en principio se calienta por conducción (placa sólida de la estufa en contacto con el fuego) termina calentan- do un ambiente por convección dado que el aire al calentarse asciende y así se entabla la circulación del fluido antes mencionada.
3- La radiación:
En la radiación no se necesita un medio específico para transmitir el calor ya que lo hace por medio de ondas electromagnéticas. La radiación térmica de los pro- cesos de combustión ocurre principalmente en la región de las ondas infrarrojas.
Generación de calor
Dado que la prevención, control y extinción de un incendio depende directamente del control del calor, es útil saber cuales son las fuentes de emisión de dicha energía o tam- bién denominadas fuentes de ignición.
Hay 4 fuentes de ignición posibles y estas son:
1- Energía química:
Obedecen a la producción de calor a través de las reacciones de oxidación de distintos elementos combustibles.
Es la producción de energía calórica debida a la circulación de una corriente eléctrica a través de un conductor.
3- Energía mecánica:
Es el calor producido por la fricción mecánica de las partes involucradas que termina encendiéndolas o bien provocando chispas.
4- Energía nuclear:
Se basa en la producción de calor por la fisión de núcleos atómicos.
Resumen
Los principios de la protección y extinción de incendios se basan en:
1-Un agente oxidante (el oxígeno del aire), un combustible (sólido, líquido o ga- seoso) y la existencia de una fuente de ignición (o la presencia de las condicio- nes para la auto ignición) son esenciales para alcanzar la combustión. El mate- rial combustible debe alcanzar su temperatura de ignición primero para arder y luego para sostener la propagación de las llamas.
2-Entender como se generan y transfieren el calor y las llamas son factores deter- minantes para la prevención, control y extinción de incendios.
3- La combustión durará hasta que suceda uno de los siguientes casos. a. Se haya agotado el material combustible.
b. La disponibilidad del agente oxidante disminuya por debajo del límite nece- sario para sostener la combustión.
c. Se haya enfriado o prevenido que el calor alcance al material combustible.
d. Se actúe sobre las llamas, inhibiendo la reacción en cadena que ocurre en ellas por medio de un proceso químico o bien enfriándolas.
Los distintos agentes extintores que Demsa produce y comercializa actúan sobre uno o más de estos parámetros proveyendo la seguridad contra incendios que Ud. necesita.
Capítulo 3
Dinámica de un incendio
Este capítulo se propone introducir conceptos generales del crecimiento de un incendio, para ello supondremos que ya ha ocurrido la ignición y que el material encendido tiene el punto de combustión adecuado para mantener vivo el incendio.
Desarrollo del incendio
Entendemos por fuego a toda reacción confinada y bajo control que produce como prin- cipal componentes llamas y calor, con un determinado fin. El uso principal del fuego en la vida diaria es la generación de cierto tipo de energía (calórica, mecánica, etc.). Cuando el fuego sale de control comienza el incendio.
El desarrollo de un incendio se puede caracterizar por medio de dos parámetros, que expresan la gravedad del mismo y su potencial de destrucción; estos son:
1 La velocidad con la que se quema el combustible y libera energía al medio. Esta tasa de combustión se denomina "tasa de liberación de calor".
2 La energía total disponible que dicho combustible puede liberar. Este paráme- tro se determina con la denominada "carga de fuego".
Tasa de liberación de calor
La tasa de liberación de calor es la cantidad de calor liberado por unidad de tiempo. Este índice es función de diversos parámetros como ser el poder calorífico del combustible (material), forma y estado del combustible (trozos grandes o pequeños, líquidos, gases), la velocidad con la que se quema el combustible y la fuente de aire disponible para ali- mentar el fuego. Se expresa en unidades de energía por unidad de tiempo (ej. J/s o W/s).
La tasa de liberación de calor es importante en la etapa de crecimiento de un incendio, cuando la provisión de aire para la combustión es abundante. En la mayoría de los incen- dios el calor liberado lo hace en un 30% por radiación y un 70% por convección.
Carga de combustible
El riesgo potencial o gravedad del incendio se expresa como carga de fuego o carga de combustible y se basa en la determinación de la cantidad de energía que se liberará si se fuera a consumir todo el combustible alojado en un recinto. La unidad para expresarlo es en kilogramos de combustible por unidad de superficie.
Flashover
El "flashover" alude a la combustión súbita generalizada de un recinto. La misma ocurre cuando la producción de vapores de combustión se realiza a una velocidad alta. Se asocia en general con recintos cerrados en donde la nube de combustión se encuentra a tem- peraturas del orden de los 600 °Cy la producción de calor por radiación de los elementos que se encuentran en él supera los 20KW/m2.
Clasificación de los incendios
Los incendios han sido clasificados en cuatro categorías, a saber:
1 Clasificación por tipo de proceso de combustión:
Esta clasificación se determina en función de dividir al incendio en tres regí- menes; pre-combustión, combustión sin llamas y combustión con llameante. Esta clasificación no presenta una secuencia lineal de sucesos pudiendo, por ejemplo, saltarse de la pre-combustión a la combustión con llamas o viceversa.
La pre-combustión es el proceso de calentamiento de los combustibles hasta su punto de ignición. La combustión sin llamas, es básicamente una combustión incandescente, en la cual la producción de vapor por parte del combustible, la provisión de oxígeno o bien las temperaturas involucradas no son suficientes para la formación de llamas.
La combustión con llamas se alcanza cuando los parámetros mencionados en el párrafo anterior son los suficientes como para determinar la presencia de la misma.
2 Clasificación por tasa de crecimiento
Si la tasa de liberación de calor aumenta con el tiempo estamos ante la pre- sencia de un incendio en crecimiento, cuando la misma permanece en valores constantes el incendio se lo clasifica de estacionario o en régimen. Al decaer la tasa de liberación de calor nos encontramos con un incendio en decadencia o extinción.
Típicamente los incendios en crecimiento disponen de más combustible que el necesario para la combustión. En los incendios en régimen, la producción de calor permanece en un rango relativamente constante a lo largo del tiempo, no evidenciando crecimientos o descensos significativos. Finalmente los incendios en decadencia obedecen al agotamiento del combustible.
3 Clasificación basada en la ventilación
Se basa en la relación entre el oxígeno y el combustible disponible para realizar la combustión. En un incendio al aire libre o en la primera etapa de uno con- finado, existe amplia disponibilidad de oxígeno, estando en presencia de un incendio controlado por el combustible. Si la producción de gases y de vapores de combustión supera ampliamente el aire disponible, nos encontramos con un incendio controlado por la ventilación.
4 Clasificación por etapa del incendio
Esta clasificación es empleada mayormente por los cuerpos de bomberos. Se determinan 3 etapas. La etapa incipiente o inicial en la cual no hay presencia de llamas. La segunda etapa denominada de quema libre, se relaciona con una creciente producción de calor y de consumo de combustible. La tercer etapa se caracteriza por la disminución en el aporte de oxígeno y es denominada com- bustión sin llamas.
Si bien estas etapas en general describen una sucesión de hechos en un incen- dio, no debe esperarse que el cumplimiento de las mismas sea riguroso, por ejemplo un incendio en la etapa de combustión sin llamas rápidamente puede pasar al estado de combustión con llamas por la incorporación de alguna va- riable externa, como ser el aumento del viento en un incendio al aire libre o la rotura de una ventana en un recinto cerrado.
Dinámica de un incendio
Resumen
Las primeras etapas de un incendio proporcionan el impulso para el crecimiento y pro- pagación del mismo mediante el aporte de llamas y de gases calientes producto de la combustión.
La velocidad y cantidad de energía producida en su fase inicial determinarán el compor- tamiento final del incendio.
Para categorizar a los incendios se recurre a diversas formas descriptivas que relacionan la producción de calor, con la presencia de llamas y el consumo de combustible.
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