El triángulo del fuego o triángulo de la combustión es un modelo simple para comprender los ingredientes necesarios para la mayoría de los incendios . [1]
El triángulo ilustra los tres elementos que necesita un incendio para encenderse: calor , combustible y un agente oxidante (normalmente oxígeno ). [2] Un incendio se produce de forma natural cuando los elementos están presentes y se combinan en la mezcla adecuada. [3] Un incendio se puede prevenir o extinguir eliminando cualquiera de los elementos del triángulo del fuego. Por ejemplo, cubrir un incendio con una manta ignífuga bloquea el oxígeno y puede extinguir el incendio. En incendios grandes en los que se llama a los bomberos, reducir la cantidad de oxígeno no suele ser una opción porque no hay una forma eficaz de lograrlo en un área extensa. [4]
El tetraedro del fuego representa la adición de la reacción química en cadena , a las tres ya presentes en el triángulo del fuego.
La combustión es una reacción química que aporta más calor al fuego y permite que continúe. Una vez que se inicia un incendio, la reacción en cadena exotérmica resultante lo mantiene y le permite continuar hasta que se bloquee al menos uno de los elementos del incendio:
Cuando el fuego implica la quema de metales como litio , magnesio , titanio , [6] etc. (conocido como un incendio de clase D ), se vuelve aún más importante considerar la liberación de energía. Debido a que los metales reaccionan más rápido con el agua que con el oxígeno y, por lo tanto, se libera más energía, poner agua en un incendio de este tipo hace que el fuego se caliente más o incluso explote . Los extintores de dióxido de carbono son ineficaces contra ciertos metales como el titanio. [6] Por lo tanto, se deben utilizar agentes inertes (por ejemplo, arena seca) para romper la reacción en cadena de la combustión metálica.
De la misma manera, tan pronto como uno de los cuatro elementos del tetraedro es eliminado (por completo), la combustión se detiene.
El comburente es el otro reactivo de la reacción química. En la mayoría de los casos, se trata del aire ambiente y, en particular, de uno de sus componentes, el oxígeno (O2 ) . Al privar de aire a un fuego, se puede extinguir el fuego, como cuando se tapa la llama de una vela pequeña con un vaso vacío. Por el contrario, si se sopla aire sobre un fuego de leña (como con un fuelle ), el fuego se activa al introducir más aire.
Algunas sustancias químicas, como el gas flúor, las sales de perclorato como el perclorato de amonio o el trifluoruro de cloro , actúan como oxidantes, a veces más potentes que el propio oxígeno. Un incendio provocado por una reacción con estos oxidantes puede ser muy difícil de apagar hasta que se agote el oxidante; ese lado del triángulo del fuego no se puede romper por medios normales (es decir, privarlo de aire no lo sofocará).
En ciertos casos, como algunos explosivos, el oxidante y el combustible son los mismos (por ejemplo, la nitroglicerina, una molécula inestable que tiene partes oxidantes en la misma molécula que las partes oxidables).
La reacción se inicia con una energía activadora, en la mayoría de los casos, es el calor. Algunos ejemplos son la fricción, como en el caso de las cerillas, el calentamiento de un cable eléctrico, una llama (propagación del fuego) o una chispa (de un encendedor o de cualquier dispositivo eléctrico de encendido). También hay muchas otras formas de aportar suficiente energía de activación, como la electricidad, la radiación y la presión, que provocarán un aumento de la temperatura. En la mayoría de los casos, la producción de calor permite la autosostenibilidad de la reacción y permite que crezca una reacción en cadena. La temperatura a la que un líquido produce suficiente vapor para obtener una mezcla inflamable con combustión autosostenible se denomina punto de inflamación.
Para detener una reacción de combustión, se debe eliminar uno de los tres elementos del triángulo del fuego.
Sin suficiente calor, el fuego no puede iniciarse ni continuar. El calor se puede eliminar mediante la aplicación de una sustancia que reduce la cantidad de calor disponible para la reacción del fuego. Esta sustancia suele ser agua, que absorbe el calor para cambiar de fase de agua a vapor. La introducción de cantidades y tipos suficientes de polvo o gas en la llama reduce la cantidad de calor disponible para la reacción del fuego de la misma manera. Raspar las brasas de una estructura en llamas también elimina la fuente de calor. Apagar la electricidad en un fuego eléctrico elimina la fuente de ignición.
Sin combustible, el fuego se apagará. El combustible se puede eliminar de forma natural, como cuando el fuego ha consumido todo el combustible que se puede quemar, o de forma manual, mediante la extracción mecánica o química del combustible del fuego. La separación del combustible es un factor importante en la extinción de incendios forestales y es la base de la mayoría de las tácticas principales, como las quemas controladas . El fuego se detiene porque una menor concentración de vapor de combustible en la llama conduce a una disminución de la liberación de energía y una temperatura más baja. La eliminación del combustible, por tanto, disminuye el calor.
Sin suficiente oxígeno, el fuego no puede iniciarse ni continuar. Con una concentración de oxígeno reducida, el proceso de combustión se hace más lento. Se puede impedir el suministro de oxígeno a un incendio utilizando un extintor de dióxido de carbono , una manta ignífuga o agua.
El agua puede tener dos funciones diferentes. En el caso de un combustible sólido, el combustible sólido produce productos de pirólisis bajo la influencia del calor, normalmente la radiación. Este proceso se detiene con la aplicación de agua, ya que el agua se evapora más fácilmente de lo que se piroliza el combustible. De este modo, se extrae energía de la superficie del combustible y se enfría y se detiene la pirólisis , eliminando así el suministro de combustible a las llamas. En la lucha contra incendios, esto se conoce como enfriamiento de la superficie.
En la fase gaseosa, es decir, en las llamas o en el humo, el combustible no se puede separar del comburente y la única acción posible consiste en enfriarlo. En este caso, las gotas de agua se evaporan en la fase gaseosa, con lo que se reduce la temperatura y se añade vapor de agua, lo que hace que la mezcla de gases no sea combustible. Para ello se necesitan gotas de un tamaño inferior a unos 0,2 mm. En la lucha contra incendios, esto se denomina enfriamiento por gas o enfriamiento por humo.
También existen casos en los que el factor de ignición no es la energía de activación. Por ejemplo, una explosión de humo es una combustión muy violenta de los gases no quemados contenidos en el humo creada por una entrada repentina de aire fresco (entrada de oxidante). El intervalo en el que una mezcla de aire y gas puede arder está limitado por los límites explosivos del aire. Este intervalo puede ser muy pequeño (queroseno) o grande (acetileno).
No se puede utilizar agua en ciertos tipos de incendios:
Dado que estas reacciones se comprenden bien, ha sido posible crear aditivos específicos para el agua que permitirán:
Los aditivos para agua generalmente están diseñados para ser efectivos en varias categorías de incendios (clase A + clase B o incluso clase A + clase B + clase F [Clase K en América del Norte]), lo que significa un mejor rendimiento global y facilidad de uso de un solo extintor en muchos tipos diferentes de incendios (o incendios que involucran varias clases diferentes de materiales).
En el contexto de los incendios forestales, el triángulo del fuego se puede ampliar para aplicarlo a la propagación del fuego en paisajes (escalas de días y varios kilómetros) y la recurrencia del fuego a lo largo del tiempo (escalas de décadas y cientos de kilómetros). [7] Por lo tanto, si bien el calor es importante para encender una llama, la topografía es importante para ayudar a la propagación del fuego, especialmente al precalentar los combustibles de ladera arriba, y las fuentes de ignición son importantes para ayudar a explicar la recurrencia en escalas de tiempo más largas. De manera similar, si bien el oxígeno es relevante para sostener una llama, el clima y los vientos asociados alimentan de oxígeno un incendio en propagación, y el patrón de clima a largo plazo se resume como clima. Por último, combustibles es el término para describir lo que arde en una sola llama hasta la variedad de materiales quemados en un incendio forestal en propagación, pero los combustibles varían en escalas de espacio y tiempo más grandes en lo que se llama vegetación .
En la escala más pequeña, el triángulo del fuego de combustión, las partículas de combustible individuales se encienden una vez a una temperatura crítica y el fuego transfiere energía al entorno más cercano. Los eventos de combustión varían en una escala de varios segundos a un par de días y sus efectos se monitorean en la escala de cuadrante. La escala más grande, en cambio, describe el concepto de régimen de incendios . El cambio climático global impulsa muchos de los factores involucrados en los triángulos de "incendios forestales" y "régimen de incendios". Por ejemplo, con respecto al régimen de incendios, un tipo particular de vegetación sustentará un incendio característico en términos de recurrencia, intensidad, estacionalidad y efectos biológicos; un cambio en el tipo de vegetación tendrá implicaciones para un régimen de incendios cambiante.
