Fundamentos de la Combustión: Tipos, Mecanismos y Agentes Extintores

Fundamentos de la Combustión

La combustión es una reacción de oxidación entre un cuerpo combustible y un cuerpo comburente que necesita energía de activación. Es una reacción exotérmica y puede ser deseada o indeseada.

Elementos de la Combustión

Combustible: Sustancia que, con un comburente y energía inicial, puede arder.

Comburente: Sustancia que hace arder al combustible.

El Triángulo y el Tetraedro del Fuego

Triángulo del fuego: Combustible (lo que arde), comburente y energía.

Además de la reacción en cadena (se pasa la energía de una partícula a otra) se forma el tetraedro del fuego (comburente, combustible, energía y reacción en cadena).

Resultados de la Combustión

• Gases: Resultantes de la combustión, los átomos del combustible se oxidan (pueden ser tóxicos o no).
• Calor: Es la causa de expansión por 4 métodos:
  1. Conducción: Transmisión por contacto directo.
  2. Convección: Transmisión por aire en movimiento debido a las diferencias de temperatura.
  3. Radiación: El calor viaja radiado hasta encontrar cuerpos opacos, como el sol.
  4. Contacto directo de la llama: Llamas que calientan a segundos cuerpos hasta que arden.
• Llama: Gas incandescente que aparece en fuegos ricos en oxígeno. Los gases y líquidos siempre arden con llama porque desprenden compuestos volátiles. Los sólidos hacen llama solo los que se descomponen y producen compuestos volátiles.
• Humo: Aparece por combustión incompleta, es visible y puede ser inflamable cuando hay oxígeno y calor. Por el color se sabe qué tipo de fuego es:
  • Claro: Combustión libre.
  • Oscuro: Calor y falta de oxígeno.
  • Colores: Hay gases tóxicos.

Tipos de Combustión

• Combustión lenta: Sin luz y dan poco calor.
• Combustión rápida: Mucha luz y calor, con llamas, menos cuando es sólido no destilable.
• Combustión instantánea: Mucho calor, muy rápido en poco volumen, lo que da explosión. Según la velocidad de las llamas:
  • Deflagración: Cuando es menor que la velocidad del sonido.
  • Detonación: Si es mayor que la velocidad del sonido.
• Combustión espontánea: Reacción de distintas materias entre sí.

Tipos de Combustión según la Oxidación

• Combustión completa: Combustible completamente oxidado.
• Combustión estequiométrica: La completa sin exceso de aire.
• Combustión incompleta: Los gases resultantes tienen compuestos parcialmente oxidados.

Mecanismos de Extinción

Eliminar uno de los elementos de la combustión hace que se apague. Hay formas según el elemento que se elimine:

• Disolución o desalimentación: Eliminar el elemento combustible. Difícil de hacer muy eficaz. Es preventivo.
• Sofocación: Eliminar el oxígeno.
• Enfriamiento: Eliminar el calor para que no deje escapar vapores. Echar agua.
• Rotura de cadena: Impedir el paso del calor metiendo sustancias químicas entre partículas.

Agentes Extintores

Son compuestos capaces de extinguir fuegos usándose solos o en combinación. Hay 3 tipos:

1. Gaseosos (CO2, argón, nitrógeno).
2. Líquidos (acuosos: agua o agua + compuesto, fluido sintético).
3. Sólidos (álcali, cloruro de potasio, polvo base fosfato de amonio ácido, sal).

Características de Combustibles Líquidos

Del líquido arden los vapores que emite por la alta temperatura. Para cada temperatura, los líquidos emiten cierta cantidad de vapores hasta que se llega al equilibrio, que genera la presión de vapor. Esta sube al subir la temperatura. La inflamación se produce entre 2 límites: límite inferior de inflamabilidad y el superior. Fuera de estos no es inflamable.

Temperaturas Características de los Líquidos

1. Punto de ignición o flash point: Emite vapor capaz de inflamarse con una llama, pero no se mantiene.
2. Punto de combustión o fire point: Emite vapor capaz de inflamarse y se mantiene hasta que se acaba el combustible.
3. Punto de autoinflamación o autoignición: Emite vapores capaces de arder sin contacto con llamas.

Para que se incendie un líquido hay 3 factores:

1. Temperatura mayor que el punto de ignición.
2. Mezcla aire-vapor entre los límites inferior y superior.
3. Energía de activación que dé temperatura mayor que la del punto de autoinflamación.

Composición de los Combustibles

Los combustibles tienen una composición elemental de carbono, hidrógeno y azufre, acompañados de otros como nitrógeno y oxígeno. El aire tiene fundamentalmente oxígeno (21%) y nitrógeno (79%), variando con la altura y la humedad.

Las combustiones estequiométricas solo se dan en laboratorio, ya que tiene que ser preciso, total y homogéneo, de manera que no quede exceso de aire en una parte y defecto en otra. En el caso de los motores, se usa exceso de aire para asegurar la combustión completa.

Aire Mínimo o Estequiométrico Necesario

Cada tipo de combustible lleva un aire mínimo para que se dé la reacción. Se mide dependiendo del estado de agregación:

• Sólidos y líquidos: Se usa el tanto por cada 100 kg, es decir, el porcentaje de concentración entre cada 100 kg.
• Gaseosos: (No especificado en el texto original)

Aire Real

Ya que el aire mínimo está medido en condiciones normales (CN), hay que corregir usando condiciones reales para ver lo que realmente se necesita. Hay que tener en cuenta las condiciones de presión y temperatura real y la humedad. Se trata de corregir el volumen de aire en CN a condiciones reales.

Exceso de Aire

En la realidad es casi imposible lograr una mezcla homogénea de combustible y comburente en el tiempo que la mezcla debe realizarse. Para garantizar la combustión completa, hay que meter más aire del necesario, aunque no mucho para que no robe calor.

Gases de Combustión

En la combustión se generan gases que es necesario conocer. Los cálculos se harán por separado para sólidos y líquidos y por otro lado los gases.