La diferencia fundamental entre la combustión sin llama y la combustión con llama es que la combustión sin llama se produce en la superficie del sólido en lugar de en la fase gaseosa. La combustión sin llama es un fenómeno superficial, pero puede propagarse al interior de un combustible poroso si es permeable al flujo. La temperatura característica y el calor liberados durante la combustión sin llama son bajos en comparación con los de la combustión con llama. La combustión sin llama se propaga de forma progresiva, alrededor de 0,1 mm/s (0,0039 in/s), que es aproximadamente diez veces más lento que las llamas que se propagan sobre un sólido. A pesar de sus débiles características de combustión, la combustión sin llama es un riesgo de incendio significativo. La combustión sin llama emite gases tóxicos (por ejemplo, monóxido de carbono ) con un rendimiento mayor que los incendios con llama y deja una cantidad significativa de residuos sólidos. Los gases emitidos son inflamables y podrían encenderse más tarde en la fase gaseosa, lo que desencadena la transición a la combustión con llama. [3]
Materiales que arden sin llama
Muestra de espuma de poliuretano de los experimentos de combustión lenta de la NASA.
Muchos materiales pueden sostener una reacción de combustión lenta, incluyendo carbón , tabaco , madera en descomposición y aserrín , combustibles de biomasa en la superficie del bosque (mantillo) y subsuelo ( turba ), ropa y cuerdas de algodón , y espumas poliméricas (por ejemplo, materiales de tapicería y ropa de cama ). Los combustibles de combustión lenta son generalmente porosos, permeables al flujo y formados por agregados (partículas, granos, fibras o de estructura celular). Estos agregados facilitan la reacción de la superficie con el oxígeno al permitir el flujo de gas a través del combustible y proporcionar una gran área superficial por unidad de volumen. También actúan como aislante térmico , reduciendo las pérdidas de calor. Los materiales más estudiados hasta la fecha son la celulosa y las espumas de poliuretano .
Amenazas de combustión latente
Las características de los incendios latentes los convierten en una amenaza de nuevas dimensiones, que puede adoptar la forma de colosales incendios subterráneos o riesgos silenciosos de seguridad contra incendios, como se resume a continuación.
Humo y contaminación por incendios en Borneo, 1997.Seguridad contra incendios : Los principales peligros que plantea la combustión latente surgen del hecho de que puede iniciarse fácilmente (por fuentes de calor demasiado débiles para encender llamas) y es difícil de detectar. Las estadísticas de incendios llaman la atención sobre la magnitud de la combustión latente como la principal causa de muertes por incendios en áreas residenciales (más del 25% de las muertes por incendios en los Estados Unidos se atribuyen a incendios iniciados por combustión latente, con cifras similares en otros países desarrollados). Un escenario de incendio particularmente común es un cigarrillo que enciende un mueble tapizado . Esta ignición conduce a un fuego latente que dura un largo período de tiempo (en el orden de horas), propagándose lenta y silenciosamente hasta que se alcanzan condiciones críticas y las llamas estallan repentinamente; [4] se han desarrollado cigarrillos resistentes al fuego para reducir el riesgo de incendio debido a la combustión latente. La combustión latente también es un problema de seguridad contra incendios a bordo de instalaciones espaciales (por ejemplo, la Estación Espacial Internacional ), porque se cree que la ausencia de gravedad promueve la ignición y propagación de la combustión latente.
La pila de escombros humeantes después de los ataques del 11 de septiembre , Manhattan, Nueva York.Incendios forestales : La combustión latente del suelo forestal no tiene el impacto visual de la combustión en llamas; sin embargo, tiene consecuencias importantes para el ecosistema forestal . La combustión latente de la biomasa puede persistir durante días o semanas después de que haya cesado la combustión, lo que da como resultado el consumo de grandes cantidades de combustibles y se convierte en una fuente global de emisiones a la atmósfera. [5] La propagación lenta conduce a un calentamiento prolongado [6] y puede causar esterilización del suelo o la muerte de raíces , semillas y tallos de plantas a nivel del suelo.
Incendios subterráneos: Los incendios que ocurren a muchos metros por debajo de la superficie son un tipo de evento de combustión latente de magnitud colosal. Los incendios subterráneos en minas de carbón , turberas y vertederos son eventos raros, pero cuando están activos pueden arder durante períodos muy largos de tiempo (meses o años), emitiendo enormes cantidades de gases de combustión a la atmósfera, causando deterioro de la calidad del aire y problemas de salud posteriores. Los incendios más antiguos y más grandes del mundo, que arden durante siglos, son incendios latentes. [ cita requerida ] Estos incendios se alimentan del oxígeno en el pequeño pero continuo flujo de aire a través de redes de tuberías naturales, estratos fracturados , grietas, aberturas o pozos de minas abandonados que permiten que el aire circule hacia el subsuelo. Las menores pérdidas de calor y la alta inercia térmica del subsuelo junto con la alta disponibilidad de combustible promueven la combustión latente a largo plazo y permiten una propagación sigilosa pero extensa. Estos incendios resultan difíciles de detectar y frustran la mayoría de los esfuerzos para extinguirlos. Los dramáticos incendios de turberas de Borneo en 1997 hicieron que se reconociera que los incendios subterráneos eran una amenaza global con importantes impactos económicos, sociales y ecológicos. [7] En el verano de 2006 resurgieron los incendios de turberas de Borneo. [8]
Escombros del World Trade Center : Después del ataque, incendio y posterior derrumbe de las Torres Gemelas el 11 de septiembre de 2001 , la colosal pila (1,8 millones de toneladas) de escombros que quedó en el lugar ardió sin llama durante más de cinco meses. [9] Resistió los intentos de los bomberos de extinguirla hasta que se retiró la mayor parte de los escombros. Los efectos de los productos gaseosos y aerosolizados de la combustión sin llama sobre la salud de los trabajadores de emergencia fueron significativos. [10]
Aplicaciones beneficiosas
La combustión lenta tiene algunas aplicaciones beneficiosas.
El biocarbón es el carbón vegetal producido a partir de la combustión lenta y/o pirólisis de biomasa. Tiene el potencial de ser una solución a corto plazo para reducir las concentraciones de CO2 en la atmósfera. El carbón vegetal es un sólido estable y rico en contenido de carbono, por lo que podría utilizarse para retener el carbono en el suelo. La descomposición y quema natural de árboles y residuos agrícolas contribuye a liberar una gran cantidad de CO2 a la atmósfera. El biocarbón podría utilizarse para almacenar parte de este contenido de carbono en el suelo, al mismo tiempo que su presencia en la tierra aumenta la productividad del suelo. El biocarbón tiene aplicaciones de carbono negativo para la producción de energía.
En el manejo de incendios forestales , las quemas controladas con fuego latente se pueden utilizar para reducir las capas superficiales de combustibles naturales a una velocidad de propagación lenta. [11] Estos incendios tienen dos beneficios cuando se mantienen en capas muy superficiales: son fáciles de controlar y producen poco daño a la masa forestal.
La quema de neumáticos, que produce alquitrán y energía al mismo tiempo, es un método de reciclaje de neumáticos .
^ http://fire.nist.gov/bfrlpubs/fire02/art074.html "Combustión latente" de TJ Ohlemiller, Manual de ingeniería de protección contra incendios de SFPE (3.ª edición), 2002
^ G Rein, Fenómenos de combustión latente en ciencia y tecnología, International Review of Chemical Engineering 1, págs. 3-18, 2009 http://hdl.handle.net/1842/2678
^ http://fire.nist.gov/bfrlpubs/fire02/art074.html "Combustión latente" por TJ Ohlemiller, Manual SFPE de ingeniería de protección contra incendios (3.ª edición), 2002.
^ JR Hall, 2004, The Smoking-Material Fire Problem, División de Análisis e Investigación de Incendios de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios, Quincy, MA (EE. UU.). Noviembre de 2004.
^ IT Bertschi, RJ Yokelson, DE Ward, RE Babbitt, RA Susott, JG Goode, WM Hao, 2003, Emisiones de gases traza y partículas de incendios en combustibles de biomasa de gran diámetro y subterráneos, Journal of Geophysical Research 108 (D13), págs. 8.1-8.12.
^ G. Rein; N. Cleaver; C. Ashton; P. Pironi; JL Torero (2008). "La gravedad de los incendios de turba latentes y el daño al suelo forestal". Catena . 74 (3): 304–309. doi :10.1016/j.catena.2008.05.008. hdl : 1842/2480 .
^ SE Page, F. Siegert, JO Rieley, H.-DV Boehm, A. Jaya, S. Limin, 2002, La cantidad de carbono liberado por los incendios de turba y bosques en Indonesia durante 1997, Nature 420, págs. 61-61.
^ La niebla de los incendios forestales provoca miseria en Indonesia y otros lugares, The Guardian, 6 de octubre de 2006. http://environment.guardian.co.uk/waste/story/0,,1889323,00.html
^ J. Beard, Los incendios de la Zona Cero siguen ardiendo, NewScientific, 3 de diciembre de 2001.
^ JD Pleil, WE Funk, SM Rappaport, 2006, Contaminación residual en interiores causada por los escombros del incendio del World Trade Center según lo indicado por los perfiles de hidrocarburos aromáticos policíclicos, Environmental Science & Technology 40 (2006) 1172-1177.
^ HH Biswell, Quema prescrita en la gestión de la vegetación de las zonas silvestres de California (University of California Press, Berkeley, 1989)
^ P Pironi, C Switzer, G Rein, JI Gerhard, JL Torero, A Fuentes, Experimentos de combustión lenta a pequeña escala para la remediación de alquitrán de hulla en medios inertes, Actas del Instituto de Combustión 32 (2), págs. 1957-1964, 2009. [1]
Enlaces externos
Busque smolder en Wikcionario, el diccionario libre.
