El fuego es la rápida oxidación de un material (el combustible ) en el proceso químico exotérmico de combustión , liberando calor , luz y diversos productos de reacción . [1] [a] En un cierto punto de la reacción de combustión, llamado punto de ignición, se producen llamas. La llama es la parte visible del fuego. Las llamas se componen principalmente de dióxido de carbono, vapor de agua, oxígeno y nitrógeno. Si están lo suficientemente calientes, los gases pueden ionizarse para producir plasma . [2] Dependiendo de las sustancias encendidas y de las impurezas del exterior, el color de la llama y la intensidad del fuego serán diferentes. [3]
El fuego, en su forma más común, tiene el potencial de provocar una conflagración , que puede provocar daños físicos, que pueden ser permanentes, mediante quemaduras . El fuego es un proceso importante que influye en los sistemas ecológicos de todo el mundo. Los efectos positivos del fuego incluyen estimular el crecimiento y mantener varios sistemas ecológicos. Sus efectos negativos incluyen peligros para la vida y la propiedad, contaminación atmosférica y contaminación del agua. [4] Cuando el fuego elimina la vegetación protectora , las fuertes lluvias pueden contribuir a una mayor erosión del suelo por el agua . [5] Además, la quema de vegetación libera nitrógeno a la atmósfera, a diferencia de elementos como el potasio y el fósforo que permanecen en las cenizas y se reciclan rápidamente en el suelo. [6] [7] Esta pérdida de nitrógeno provocada por un incendio produce una reducción a largo plazo de la fertilidad del suelo, que puede recuperarse a medida que el nitrógeno atmosférico se fija y se convierte en amoniaco por fenómenos naturales como los rayos o por las leguminosas . como trébol , guisantes y judías verdes .
El fuego es uno de los cuatro elementos clásicos y ha sido utilizado por el hombre en rituales , en la agricultura para limpiar tierras, para cocinar, generar calor y luz, para señalización, propulsión, fundición , forja , incineración de desechos, cremación y como arma o modo de destrucción.
La palabra "fuego" se originó en el inglés antiguo Fyr 'Fuego, un fuego', que se remonta a la raíz germánica * fūr- , que a su vez proviene del protoindoeuropeo * perjos de la raíz * paewr -'Fuego. '. La ortografía actual de "fuego" se ha utilizado desde 1200, pero no fue hasta alrededor de 1600 que reemplazó por completo el término inglés medio "fier" (que todavía se conserva en la palabra "fiery"). [8]
El registro fósil del fuego aparece por primera vez con el establecimiento de una flora terrestre en el período Ordovícico Medio , hace 470 millones de años , [9] permitiendo la acumulación de oxígeno en la atmósfera como nunca antes, a medida que las nuevas hordas de plantas terrestres bombeaban eliminarlo como un producto de desecho. Cuando esta concentración superó el 13%, permitió la posibilidad de incendios forestales . [10] Los incendios forestales se registran por primera vez en el registro fósil del Silúrico tardío , hace 420 millones de años , mediante fósiles de plantas carbonificadas . [11] [12] Aparte de una brecha controvertida en el Devónico tardío , el carbón vegetal está presente desde entonces. [12] El nivel de oxígeno atmosférico está estrechamente relacionado con la prevalencia del carbón vegetal: claramente el oxígeno es el factor clave en la abundancia de incendios forestales. [13] El fuego también se volvió más abundante cuando los pastos irradiaron y se convirtieron en el componente dominante de muchos ecosistemas, hace alrededor de 6 a 7 millones de años ; [14] esta leña proporcionó yesca que permitió una propagación más rápida del fuego. [13] Estos incendios generalizados pueden haber iniciado un proceso de retroalimentación positiva , mediante el cual produjeron un clima más cálido y seco, más propicio para el fuego. [13]
La capacidad de controlar el fuego supuso un cambio dramático en los hábitos de los primeros humanos. [15] Hacer fuego para generar calor y luz hizo posible que las personas cocinaran alimentos , aumentando simultáneamente la variedad y disponibilidad de nutrientes y reduciendo las enfermedades al matar los microorganismos patógenos en los alimentos. [16] El calor producido también ayudaría a las personas a mantenerse calientes en climas fríos, permitiéndoles vivir en climas más fríos. El fuego también mantuvo a raya a los depredadores nocturnos. Se encuentran evidencias de alimentos cocinados ocasionalmente desde hace 1 millón de años . [17] Aunque esta evidencia muestra que el fuego puede haber sido utilizado de forma controlada hace aproximadamente 1 millón de años, [18] [19] otras fuentes sitúan la fecha de uso regular en hace 400.000 años. [20] La evidencia se generalizó hace alrededor de 50 a 100 mil años, lo que sugiere un uso regular a partir de esta época; Curiosamente, la resistencia a la contaminación del aire comenzó a evolucionar en las poblaciones humanas en un momento similar. [20] El uso del fuego se volvió progresivamente más sofisticado, ya que se utilizó para crear carbón y para controlar la vida silvestre desde hace decenas de miles de años. [20]
El fuego también se ha utilizado durante siglos como método de tortura y ejecución, como lo demuestra la muerte por quema y los dispositivos de tortura como la bota de hierro , que podía llenarse con agua, aceite o incluso plomo y luego calentarse sobre una superficie abierta. fuego para la agonía del portador.
En la Revolución Neolítica , durante la introducción de la agricultura basada en cereales, personas de todo el mundo utilizaron el fuego como herramienta en la gestión del paisaje . Estos incendios eran típicamente quemaduras controladas o "fuegos fríos", a diferencia de los "fuegos calientes" incontrolados, que dañan el suelo. Los incendios calientes destruyen plantas y animales y ponen en peligro a las comunidades. [21] Esto es especialmente un problema en los bosques actuales, donde se impide la quema tradicional para fomentar el crecimiento de cultivos madereros. Los fuegos frescos se realizan generalmente en primavera y otoño. Limpian la maleza y queman biomasa que podría provocar un incendio si se vuelve demasiado densa. Proporcionan una mayor variedad de entornos, lo que fomenta la diversidad de caza y plantas. Para los humanos, hacen que los bosques densos e intransitables sean transitables. Otro uso humano del fuego en lo que respecta a la gestión del paisaje es su uso para limpiar tierras para la agricultura. La agricultura de tala y quema sigue siendo común en gran parte de África tropical, Asia y América del Sur. Para los pequeños agricultores, los incendios controlados son una forma conveniente de limpiar áreas cubiertas de maleza y liberar nutrientes de la vegetación en pie al suelo. [22] Sin embargo, esta útil estrategia también es problemática. El aumento de la población, la fragmentación de los bosques y el calentamiento del clima están haciendo que la superficie de la Tierra sea más propensa a incendios cada vez mayores. Estos dañan los ecosistemas y la infraestructura humana, causan problemas de salud y generan espirales de carbono y hollín que pueden fomentar un calentamiento aún mayor de la atmósfera y, por lo tanto, retroalimentar más incendios. Hoy en día, a nivel mundial, en un año determinado arden hasta 5 millones de kilómetros cuadrados (un área de más de la mitad del tamaño de Estados Unidos). [22]
Existen numerosas aplicaciones modernas del fuego. En su sentido más amplio, casi todos los seres humanos del planeta utilizan el fuego en un entorno controlado todos los días. Los usuarios de vehículos de combustión interna emplean fuego cada vez que conducen. Las centrales térmicas suministran electricidad a un gran porcentaje de la humanidad al encender combustibles como carbón , petróleo o gas natural y luego utilizar el calor resultante para hervir agua y convertirla en vapor , que luego impulsa turbinas .
El uso del fuego en la guerra tiene una larga historia . El fuego fue la base de todas las primeras armas térmicas . La flota bizantina utilizó fuego griego para atacar a barcos y hombres.
La invención de la pólvora en China dio lugar a la lanza de fuego , un arma lanzallamas que data aproximadamente del año 1000 d.C. y que fue precursora de las armas de proyectiles impulsadas por la pólvora encendida .
Los primeros lanzallamas modernos fueron utilizados por la infantería en la Primera Guerra Mundial , y fueron utilizados por primera vez por las tropas alemanas contra las tropas francesas atrincheradas cerca de Verdún en febrero de 1915. [24] Posteriormente fueron montados con éxito en vehículos blindados en la Segunda Guerra Mundial.
Durante la Guerra Civil Española en la década de 1930 se utilizaron bombas incendiarias lanzadas a mano improvisadas con botellas de vidrio, más tarde conocidas como cócteles Molotov . También durante esa guerra, las fuerzas aéreas fascistas italianas y nazis alemanas desplegaron bombas incendiarias contra Guernica , que habían sido creadas específicamente para apoyar a los nacionalistas de Franco .
El Eje y los aliados lanzaron bombas incendiarias durante la Segunda Guerra Mundial, en particular sobre Coventry , Tokio , Rotterdam , Londres , Hamburgo y Dresde ; en los dos últimos casos, las tormentas de fuego fueron provocadas deliberadamente en las que un anillo de fuego que rodeaba cada ciudad fue atraído hacia adentro por una corriente ascendente causada por un grupo central de incendios. [25] La Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos también utilizó ampliamente incendiarios contra objetivos japoneses en los últimos meses de la guerra, devastando ciudades enteras construidas principalmente con casas de madera y papel. El fluido incendiario napalm se utilizó en julio de 1944, hacia el final de la Segunda Guerra Mundial , aunque su uso no llamó la atención del público hasta la Guerra de Vietnam . [26]
Controlar un fuego para optimizar su tamaño, forma e intensidad generalmente se denomina manejo del fuego , y las formas más avanzadas del mismo, como las practican tradicionalmente (y a veces todavía) los cocineros, herreros , herreros y otros expertos, son actividades altamente calificadas . Incluyen conocimiento de qué combustible quemar; cómo disponer el combustible; cómo avivar el fuego tanto en las primeras fases como en las de mantenimiento; cómo modular el calor, las llamas y el humo según sea adecuado para la aplicación deseada; cuál es la mejor manera de atizar el fuego para reavivarlo más tarde; cómo elegir, diseñar o modificar estufas, chimeneas, hornos de panadería, hornos industriales ; etcétera. Se encuentran disponibles exposiciones detalladas sobre el manejo del fuego en varios libros sobre herrería, sobre campamentos especializados o exploración militar y sobre artes domésticas .
La quema de combustible convierte la energía química en energía térmica; La madera se ha utilizado como combustible desde la prehistoria . [27] La Agencia Internacional de Energía afirma que casi el 80% de la energía mundial ha provenido consistentemente de combustibles fósiles como el petróleo , el gas natural y el carbón en las últimas décadas. [28] El fuego en una central eléctrica se utiliza para calentar agua, creando vapor que impulsa las turbinas . Luego, las turbinas hacen girar un generador eléctrico para producir electricidad. [29] El fuego también se utiliza para proporcionar trabajo mecánico directamente por expansión térmica , tanto en motores de combustión externa como interna .
Los restos sólidos incombustibles de un material combustible que quedan tras un incendio se denominan clinker si su punto de fusión es inferior a la temperatura de la llama, de modo que se funde y luego se solidifica al enfriarse, y ceniza si su punto de fusión es superior a la temperatura de la llama.
El fuego es un proceso químico en el que un combustible y un agente oxidante reaccionan produciendo dióxido de carbono y agua . [30] Este proceso, conocido como reacción de combustión , no procede directamente e involucra intermediarios . [30] Aunque el agente oxidante suele ser oxígeno , otros compuestos pueden cumplir esa función. Por ejemplo, el trifluoruro de cloro puede encender la arena . [31]
Los incendios comienzan cuando un material inflamable o combustible, en combinación con una cantidad suficiente de un oxidante como oxígeno gaseoso u otro compuesto rico en oxígeno (aunque existen oxidantes sin oxígeno), se expone a una fuente de calor o temperatura ambiente por encima de la punto de inflamación de la mezcla de combustible /oxidante y es capaz de mantener una velocidad de oxidación rápida que produce una reacción en cadena . A esto se le llama comúnmente tetraedro del fuego . El fuego no puede existir sin todos estos elementos en su lugar y en las proporciones adecuadas. Por ejemplo, un líquido inflamable comenzará a arder sólo si el combustible y el oxígeno están en las proporciones adecuadas. Algunas mezclas de combustible y oxígeno pueden requerir un catalizador , una sustancia que no se consume, cuando se agrega, en ninguna reacción química durante la combustión, pero que permite que los reactivos se quemen más fácilmente.
Una vez encendido, debe tener lugar una reacción en cadena mediante la cual el fuego pueda mantener su propio calor mediante la liberación adicional de energía térmica en el proceso de combustión y pueda propagarse, siempre que haya un suministro continuo de oxidante y combustible.
Si el oxidante es oxígeno del aire circundante, es necesaria la presencia de una fuerza de gravedad , o de alguna fuerza similar provocada por la aceleración, para producir la convección , que elimina los productos de la combustión y aporta un suministro de oxígeno al fuego. Sin gravedad, un incendio se rodea rápidamente de sus propios productos de combustión y de gases no oxidantes del aire, que excluyen el oxígeno y extinguen el incendio. Debido a esto, el riesgo de incendio en una nave espacial es pequeño cuando se desplaza en vuelo inercial. [32] [33] Esto no se aplica si se suministra oxígeno al fuego mediante algún proceso distinto de la convección térmica.
El fuego se puede extinguir eliminando cualquiera de los elementos del tetraedro del fuego. Considere una llama de gas natural, como la de un quemador de estufa. El incendio se puede extinguir mediante cualquiera de los siguientes:
Por el contrario, el fuego se intensifica al aumentar la tasa general de combustión. Los métodos para hacer esto incluyen equilibrar la entrada de combustible y oxidante en proporciones estequiométricas , aumentar la entrada de combustible y oxidante en esta mezcla equilibrada, aumentar la temperatura ambiente para que el propio calor del fuego pueda sostener mejor la combustión o proporcionar un catalizador, un Medio reactivo en el que el combustible y el oxidante pueden reaccionar más fácilmente.
Una llama es una mezcla de gases y sólidos que reaccionan y emiten luz visible, infrarroja y, a veces, ultravioleta , cuyo espectro de frecuencia depende de la composición química del material en llamas y de los productos de reacción intermedios. En muchos casos, como en la quema de materia orgánica , por ejemplo madera, o en la combustión incompleta de gas, las partículas sólidas incandescentes llamadas hollín producen el conocido resplandor rojo anaranjado del "fuego". Esta luz tiene un espectro continuo . La combustión completa del gas tiene un color azul tenue debido a la emisión de radiación de longitud de onda única procedente de varias transiciones electrónicas en las moléculas excitadas formadas en la llama. Por lo general, se trata de oxígeno, pero el hidrógeno quemado en cloro también produce una llama que produce cloruro de hidrógeno (HCl). Otras posibles combinaciones productoras de llamas, entre muchas, son flúor e hidrógeno , y hidracina y tetróxido de nitrógeno . Las llamas de hidrógeno e hidracina/ UDMH son igualmente de color azul pálido, mientras que la quema de boro y sus compuestos, evaluado a mediados del siglo XX como combustible de alta energía para motores a reacción y cohetes , emite una llama verde intensa, lo que lleva a su apodo informal de "Dragón Verde". .
El resplandor de una llama es complejo. La radiación de cuerpo negro se emite a partir de partículas de hollín, gas y combustible, aunque las partículas de hollín son demasiado pequeñas para comportarse como cuerpos negros perfectos. También hay emisión de fotones por átomos y moléculas desexcitados en los gases. Gran parte de la radiación se emite en las bandas visible e infrarroja. El color depende de la temperatura de la radiación del cuerpo negro y de la composición química de los espectros de emisión .
La distribución común de una llama en condiciones normales de gravedad depende de la convección , ya que el hollín tiende a subir a la parte superior de una llama general, como en una vela en condiciones normales de gravedad, volviéndola amarilla. En microgravedad o gravedad cero , [34] como un entorno en el espacio exterior , la convección ya no ocurre y la llama se vuelve esférica, con tendencia a volverse más azul y más eficiente (aunque puede apagarse si no se mueve de manera constante, ya que el CO 2 de la combustión no se dispersa tan fácilmente en microgravedad y tiende a sofocar la llama). Hay varias explicaciones posibles para esta diferencia, la más probable es que la temperatura se distribuye lo suficientemente uniformemente como para que no se forme hollín y se produzca una combustión completa. [35] Experimentos de la NASA revelan que las llamas de difusión en microgravedad permiten que se oxide completamente más hollín después de su producción que las llamas de difusión en la Tierra, debido a una serie de mecanismos que se comportan de manera diferente en microgravedad en comparación con las condiciones de gravedad normales. [36] Estos descubrimientos tienen aplicaciones potenciales en la ciencia aplicada y la industria , especialmente en lo que respecta a la eficiencia del combustible .
La temperatura de llama adiabática de un par dado de combustible y oxidante es aquella a la que los gases logran una combustión estable.
La ciencia del fuego es una rama de la ciencia física que incluye el comportamiento, la dinámica y la combustión del fuego . Las aplicaciones de la ciencia del fuego incluyen la protección contra incendios , la investigación de incendios y el manejo de incendios forestales .
Cada ecosistema natural terrestre tiene su propio régimen de incendios , y los organismos en esos ecosistemas están adaptados a ese régimen de incendios o dependen de él. El fuego crea un mosaico de diferentes parches de hábitat , cada uno en una etapa diferente de sucesión . [38] Diferentes especies de plantas, animales y microbios se especializan en explotar una etapa particular y, al crear estos diferentes tipos de parches, el fuego permite que exista un mayor número de especies dentro de un paisaje.
Los programas de prevención de incendios forestales en todo el mundo pueden emplear técnicas como el uso de incendios forestales y quemas prescritas o controladas . [39] [40] El uso de incendios forestales se refiere a cualquier incendio de causas naturales que se controla pero se permite que arda. Las quemaduras controladas son incendios iniciados por agencias gubernamentales en condiciones climáticas menos peligrosas. [41]
En la mayoría de las áreas desarrolladas se brindan servicios de extinción de incendios para extinguir o contener incendios incontrolados. Los bomberos capacitados utilizan aparatos contra incendios , recursos de suministro de agua, como tuberías de agua e hidrantes contra incendios , o pueden utilizar espuma de clase A y B, dependiendo de lo que esté alimentando el fuego.
La prevención de incendios tiene como objetivo reducir las fuentes de ignición. La prevención de incendios también incluye educación para enseñar a las personas cómo evitar provocar incendios. [42] Los edificios, especialmente las escuelas y los edificios altos, a menudo realizan simulacros de incendio para informar y preparar a los ciudadanos sobre cómo reaccionar ante un incendio en un edificio. Iniciar incendios destructivos intencionalmente constituye incendio provocado y es un delito en la mayoría de las jurisdicciones. [43]
Los códigos de construcción modelo requieren protección pasiva contra incendios y sistemas de protección activa contra incendios para minimizar los daños resultantes de un incendio. La forma más común de protección activa contra incendios son los rociadores contra incendios . Para maximizar la protección pasiva contra incendios de los edificios, los materiales y muebles de construcción en la mayoría de los países desarrollados se prueban en cuanto a resistencia al fuego , combustibilidad e inflamabilidad . También se prueban tapizados , moquetas y plásticos utilizados en vehículos y embarcaciones.
Cuando la prevención y la protección contra incendios no han logrado prevenir los daños, el seguro contra incendios puede mitigar el impacto financiero. [44]
Los primeros humanos aprovecharon el fuego hace ya un millón de años, mucho antes de lo que se pensaba, según sugiere la evidencia desenterrada en una cueva en Sudáfrica.
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