Fuego
Definición
El fuego es la oxidación rápida de un material en el proceso químico exotérmico de combustión, que libera calor, luz y diversos productos de reacción. Los procesos oxidativos inferiores como la oxidación o la digestión no están incluidos en esta definición.
El fuego está caliente porque la conversión del doble enlace débil en oxígeno molecular, O 2 , a los enlaces más fuertes en los productos de la combustión dióxido de carbono y agua libera energía (418 kJ por 32 g de O 2 ); las energías de enlace del combustible juegan un papel menor aquí. En cierto punto de la reacción de combustión, llamado punto de ignición, se producen llamas. La llama es la parte visible del fuego. Las llamas consisten principalmente en dióxido de carbono, vapor de agua, oxígeno y nitrógeno. Si está lo suficientemente caliente, los gases pueden ionizarse para producir plasma. Dependiendo de las sustancias que se prendan y de las impurezas externas, el color de la llama y la intensidad del fuego serán diferentes.
El fuego en su forma más común puede provocar conflagración, que tiene el potencial de causar daño físico a través de la quema. El fuego es un proceso importante que afecta los sistemas ecológicos en todo el mundo. Los efectos positivos del fuego incluyen estimular el crecimiento y mantener varios sistemas ecológicos.
Los efectos negativos del fuego incluyen el peligro para la vida y la propiedad, la contaminación atmosférica y la contaminación del agua. Si el fuego elimina la vegetación protectora, las fuertes lluvias pueden conducir a un aumento en la erosión del suelo por el agua. Además, cuando se quema la vegetación, el nitrógeno que contiene se libera a la atmósfera, a diferencia de los elementos como el potasio y el fósforo que permanecen en la ceniza y se reciclan rápidamente en el suelo. Esta pérdida de nitrógeno causada por un incendio produce una reducción a largo plazo en la fertilidad del suelo, que solo se recupera lentamente a medida que el nitrógeno es "fijado" de la atmósfera por un rayo y por plantas leguminosas como el trébol.
El fuego ha sido utilizado por los humanos en rituales, en agricultura para despejar tierras, para cocinar, generar calor y luz, para señalización, propulsión, fundición, forja, incineración de desechos, cremación y como arma o modo de destrucción.
Propiedades físicas
Química
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 que no son de oxígeno), está expuesto a una fuente de calor o temperatura ambiente por encima del punto de inflamación para la mezcla de combustible / oxidante, y es capaz de mantener una velocidad de oxidación rápida que produce una reacción en cadena. Esto comúnmente se llama tetraedro de fuego. El fuego no puede existir sin todos estos elementos en su lugar y en las proporciones correctas. Por ejemplo, un líquido inflamable comenzará a quemarse solo si el combustible y el oxígeno están en las proporciones correctas. Algunas mezclas de combustible y oxígeno pueden requerir un catalizador, una sustancia que no se consume, cuando se agrega, en cualquier reacción química durante la combustión, pero que permite que los reactivos se quemen más fácilmente.
Una vez que se enciende, debe tener lugar una reacción en cadena por la cual los incendios pueden mantener su propio calor liberando más energía térmica en el proceso de combustión y pueden propagarse, siempre que haya un suministro continuo de un oxidante y combustible.
Si el oxidante es oxígeno del aire circundante, la presencia de una fuerza de gravedad, o de alguna fuerza similar causada por la aceleración, es necesaria para producir convección, lo que elimina los productos de la combustión y aporta un suministro de oxígeno al fuego. Sin gravedad, un fuego se rodea rápidamente con sus propios productos de combustión y gases no oxidantes del aire, que excluyen el oxígeno y extinguen el fuego. Debido a esto, el riesgo de incendio en una nave espacial es pequeño cuando está navegando en vuelo inercial. Esto no se aplica si el oxígeno se suministra al fuego por algún proceso que no sea la convección térmica.
El fuego puede extinguirse eliminando cualquiera de los elementos del tetraedro de fuego. Considere la posibilidad de una llama de gas natural, como la de un quemador de estufa. El fuego puede extinguirse por cualquiera de los siguientes:
- desconectando el suministro de gas, que elimina la fuente de combustible;
- cubriendo completamente la llama, que sofoca la llama ya que la combustión usa el oxidante disponible (el oxígeno en el aire) y lo desplaza del área alrededor de la llama con CO 2 ;
- aplicación de agua, que elimina el calor del fuego más rápido de lo que el fuego puede producirlo (de manera similar, soplar con fuerza sobre una llama desplazará el calor del gas que está ardiendo actualmente de su fuente de combustible, al mismo extremo), o
- aplicación de un químico retardante como Halón a la llama, que retarda la reacción química misma hasta que la velocidad de combustión es demasiado lenta para mantener la reacción en cadena.
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 a proporciones estequiométricas, aumentando la entrada de combustible y oxidante en esta mezcla equilibrada, aumentando la temperatura ambiente para que el propio calor del fuego pueda mantener la combustión o proporcionar un catalizador; un medio no reactante en el cual el combustible y el oxidante pueden reaccionar más fácilmente.
Llama
Una llama es una mezcla de gases reaccionantes y sólidos que emiten luz visible, infrarroja y, a veces, luz ultravioleta, cuyo espectro de frecuencia depende de la composición química del material en combustión y de los productos de reacción intermedios. En muchos casos, como la quema de materia orgánica, por ejemplo madera, o la combustión incompleta de gas, partículas sólidas incandescentes llamadas hollín producen el familiar resplandor rojo-naranja de "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 de varias transiciones de electrones en las moléculas excitadas formadas en la llama. Por lo general, el oxígeno está involucrado, pero el hidrógeno que se quema en el cloro también produce una llama, produciendo cloruro de hidrógeno (HCl). Otras combinaciones posibles que producen llamas, entre muchas, son flúor e hidrógeno, e hidrazina y tetróxido de nitrógeno. Las llamas de hidrógeno e hidracina / UDMH son de color azul pálido similar, mientras que el boro y sus compuestos, evaluados a mediados del siglo XX como un combustible de alta energía para motores de cohetes y cohetes, emiten una intensa llama verde, lo que lleva a su apodo informal de "Dragón Verde" .
El brillo de una llama es complejo. La radiación del cuerpo negro se emite desde el hollín, el gas y las partículas de combustible, aunque las partículas de hollín son demasiado pequeñas para comportarse como cuerpos negros perfectos. También hay emisión de fotones por átomos y moléculas des-excitados en los gases. Gran parte de la radiación se emite en las bandas visible e infrarroja. El color depende de la temperatura para la radiación del cuerpo negro y de la composición química para los espectros de emisión. El color dominante en una llama cambia con la temperatura. La foto del incendio forestal en Canadá es un excelente ejemplo de esta variación. Cerca del suelo, donde se produce la mayor parte de la combustión, el fuego es blanco, el color más caliente posible para el material orgánico en general, o amarillo. Por encima de la región amarilla, el color cambia a anaranjado, que es más frío, luego rojo, que es aún más frío. Sobre la región roja,
La distribución común de una llama en condiciones de gravedad normales depende de la convección, ya que el hollín tiende a elevarse a la parte superior de una llama general, como en una vela en condiciones de gravedad normales, por lo que es amarillo. En microgravedad o gravedad cero, como un entorno en el espacio exterior, la convección ya no se produce y la llama se vuelve esférica, con tendencia a volverse más azul y más eficiente (aunque puede apagarse si no se mueve constantemente, como 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, de las cuales lo más probable es que la temperatura esté lo suficientemente distribuida como para que no se forme hollín y se produzca una combustión completa. Experimentos de la NASA revelan que las llamas de difusión en microgravedad permiten que más hollín se oxide por completo se producen como llamas de difusión en la Tierra, debido a una serie de mecanismos que se comportan de manera diferente en la microgravedad en comparación con las condiciones de gravedad normales. Estos descubrimientos tienen aplicaciones potenciales en la ciencia aplicada y la industria, especialmente en lo que respecta a la eficiencia del combustible.
En los motores de combustión, se toman varios pasos para eliminar una llama. El método depende principalmente de si el combustible es petróleo, madera o un combustible de alta energía, como el combustible para aviones.
Temperaturas de la llama
Temperaturas de llamas por apariencia
Es cierto que los objetos a temperaturas específicas irradian luz visible. Los objetos cuya superficie está a una temperatura superior a aproximadamente 400 ° C (752 ° F) brillarán, emitiendo luz a un color que indica la temperatura de esa superficie. Consulte la sección de calor rojo para obtener más información sobre este efecto. Es un error pensar que uno puede juzgar la temperatura de un incendio por el color de sus llamas o las chispas en las llamas. Por muchas razones, química y ópticamente, estos colores pueden no coincidir con las temperaturas de calor rojo / naranja / amarillo / blanco en la tabla. El nitrato de bario quema un verde brillante, por ejemplo, y esto no está presente en la tabla de calor.
Temperaturas típicas de las llamas
La "temperatura de llama adiabática" de un par de combustible y oxidante dado indica la temperatura a la que los gases alcanzan una combustión estable.
- Oxy-dicyanoacetylene 4,990 ° C (9,000 ° F)
- Oxy-acetileno 3,480 ° C (6,300 ° F)
- Oxyhydrogen 2,800 ° C (5,100 ° F)
- Aire-acetileno 2,534 ° C (4,600 ° F)
- Blowtorch (aire-MAPP gas) 2,200 ° C (4,000 ° F)
- Quemador Bunsen (aire-gas natural) 1,300 a 1,600 ° C (2,400 a 2,900 ° F)
- Vela (parafina de aire) 1,000 ° C (1,800 ° F)
- Cigarrillo humeante:
- Temperatura sin dibujo: lado de la porción iluminada; 400 ° C (750 ° F); mitad de la parte iluminada: 585 ° C (1.100 ° F)
- Temperatura durante el dibujo: mitad de la parte iluminada: 700 ° C (1.300 ° F)
- Siempre más caliente en el medio.
Ecología del fuego
Cada ecosistema natural tiene su propio régimen de fuego, y los organismos en esos ecosistemas se adaptan o dependen de ese régimen de fuego. Fire crea un mosaico de diferentes parches de hábitat, cada uno en una etapa diferente de sucesión. 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.
Registro fósil
El registro fósil de fuego aparece por primera vez con el establecimiento de una flora terrestre en el período Ordovícico Medio, hace 470 millones de años , permitiendo la acumulación de oxígeno en la atmósfera como nunca antes, a medida que las nuevas hordas de plantas terrestres lo bombeaban. un producto de desecho Cuando esta concentración aumentó por encima del 13%, permitió la posibilidad de un incendio forestal. Wildfire se registra por primera vez en el registro fósil del Silúrico Tardío, hace 420 millones de años, por fósiles de plantas carbonizadas. Además de una brecha controvertida en el Devónico tardío, el carbón está presente desde entonces. El nivel de oxígeno atmosférico está estrechamente relacionado con la prevalencia de carbón: claramente el oxígeno es el factor clave en la abundancia de incendios forestales. El fuego también se hizo más abundante cuando los pastos irradiaban y se convirtieron en el componente dominante de muchos ecosistemas, hace alrededor de 6 a 7 millones de años ; esta leña proporcionó la yesca que permitió la extensión más rápida del fuego. Estos incendios generalizados pueden haber iniciado un proceso de retroalimentación positiva, por lo que produjeron un clima más cálido y seco, más propicio para el fuego.
Control humano
La capacidad de controlar el fuego fue un cambio dramático en los hábitos de los primeros humanos. Hacer fuego para generar calor y luz hizo posible que las personas cocinen alimentos, al mismo tiempo que aumentan la variedad y disponibilidad de nutrientes y reducen las enfermedades matando organismos en los alimentos. El calor producido también ayudaría a las personas a mantenerse calientes en climas fríos, lo que les permitiría vivir en climas más fríos. El fuego también mantuvo a raya a los depredadores nocturnos. La evidencia de comida cocinada se encuentra desde hace 1.9 millones de años, aunque existe la teoría de que el fuego podría haber sido utilizado de forma controlada hace aproximadamente 1 millón de años. La evidencia se generaliza hace alrededor de 50 a 100 mil años, sugiriendo un uso regular a partir de este momento; la resistencia a la contaminación atmosférica comenzó a evolucionar en las poblaciones humanas en un momento similar. El uso del fuego se hizo progresivamente más sofisticado, utilizándose para crear carbón vegetal y controlar la vida silvestre desde hace decenas de miles de años.
El fuego también se ha utilizado durante siglos como método de tortura y ejecución, como lo demuestran la muerte por incineración y los dispositivos de tortura, como la bota de hierro, que podrían llenarse con agua, aceite o incluso plomo y luego calentarse sobre una superficie abierta. fuego a la agonía del usuario.
Con la Revolución Neolítica, durante la introducción de la agricultura basada en granos, personas en todo el mundo usaron el fuego como una herramienta en el manejo del paisaje. En general, estos incendios eran quemaduras controladas o "fuegos fríos", a diferencia de los "incendios calientes" no controlados, que dañan el suelo. Los incendios calientes destruyen plantas y animales, y ponen en peligro a las comunidades. Esto es especialmente un problema en los bosques de hoy en día donde se previene la quema tradicional con el fin de fomentar el crecimiento de los cultivos de madera. Los fuegos fríos generalmente se llevan a cabo en la primavera y el otoño. Despejan la maleza, quemando biomasa que podría disparar un fuego caliente si se vuelve demasiado denso. Proporcionan una mayor variedad de entornos, lo que fomenta la diversidad de los juegos y las plantas. Para los humanos, hacen que los bosques densos e intransitables sean atravesables. Otro uso humano para el fuego en lo que respecta a la gestión del paisaje es su uso para limpiar la tierra 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, es una manera conveniente de despejar áreas cubiertas de maleza y liberar nutrientes de la vegetación en el suelo", dijo Miguel Pinedo-Vasquez, ecólogo del Centro de Investigación y Conservación Ambiental del Instituto de la Tierra. Sin embargo, esta estrategia útil también es problemática. El crecimiento 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 los incendios escapados cada vez más grandes. Estos ecosistemas perjudiciales e infraestructura humana, causan problemas de salud, y envía espirales de carbón y hollín que pueden alentar aún más el calentamiento de la atmósfera y, por lo tanto, retroalimentar a más incendios. Actualmente, en todo el mundo, hasta 5 millones de kilómetros cuadrados -un área más de la mitad del tamaño de los Estados Unidos- se quema en un año determinado.
Hay numerosas aplicaciones modernas de fuego. En su sentido más amplio, el fuego es utilizado por casi todos los seres humanos en la tierra en un entorno controlado todos los días. Los usuarios de vehículos de combustión interna emplean fuego cada vez que conducen. Las centrales térmicas proporcionan electricidad a un gran porcentaje de la humanidad.
El uso del fuego en la guerra tiene una larga historia. El fuego fue la base de todas las primeras armas térmicas. Homero detalló el uso del fuego por los soldados griegos que se escondieron en un caballo de madera para quemar Troya durante la guerra de Troya. Más tarde, la flota bizantina usó fuego griego para atacar barcos y hombres. En la Primera Guerra Mundial, los primeros lanzallamas modernos fueron utilizados por la infantería, y se montaron con éxito en vehículos blindados en la Segunda Guerra Mundial. En la última guerra, las bombas incendiarias fueron utilizadas por el Eje y los Aliados por igual, especialmente en Tokio, Rotterdam, Londres, Hamburgo y, notoriamente, en Dresde; en los últimos dos casos, se produjeron, deliberadamente, tormentas de fuego en las que un anillo de fuego que rodeaba cada ciudad era arrastrado hacia adentro por una corriente ascendente causada por un grupo central de incendios. La Fuerza Aérea del Ejército de los Estados Unidos también usó extensamente bombas incendiarias contra blancos japoneses en los últimos meses de la guerra, devastando ciudades enteras construidas principalmente con casas de madera y papel. El uso de napalm se empleó en julio de 1944, hacia el final de la Segunda Guerra Mundial, aunque su uso no ganó la atención pública hasta la Guerra de Vietnam. Los cócteles molotov también se usaron.
Usar como combustible
El establecimiento de combustible en llamas libera energía utilizable. La madera era un combustible prehistórico, y todavía es viable hoy en día. El uso de combustibles fósiles, como el petróleo, el gas natural y el carbón, en las plantas de energía suministra la gran mayoría de la electricidad del mundo en la actualidad; la Agencia Internacional de Energía afirma que casi el 80% de la energía del mundo provino de estas fuentes en 2002. El incendio en una central eléctrica se usa para calentar agua, creando vapor que impulsa turbinas. Las turbinas luego hacen girar un generador eléctrico para producir electricidad. El fuego también se usa para proporcionar trabajo mecánico directamente, tanto en motores de combustión interna como externa.
Los restos sólidos no quemables de un material combustible que queda después del fuego se llaman clínker si su punto de fusión está por debajo de la temperatura de la llama, por lo que se funde y se solidifica a medida que se enfría y ceniza si su punto de fusión está por encima de la llama.
Protección y prevención
Los programas de prevención de incendios forestales en todo el mundo pueden emplear técnicas tales como el uso de incendios forestales y las quemaduras prescritas o controladas . El uso de incendios forestales se refiere a cualquier incendio de causas naturales que se controla pero se permite su combustión. Las quemaduras controladas son incendios iniciados por agencias gubernamentales bajo condiciones climáticas menos peligrosas.
Se proporcionan servicios de lucha contra incendios en la mayoría de las áreas desarrolladas para extinguir o contener incendios incontrolados. Los bomberos entrenados usan aparatos contra incendios, recursos de suministro de agua tales como tuberías de agua e hidrantes de incendios o pueden usar espuma de clase A y B dependiendo de lo que alimenta el fuego.
La prevención de incendios está destinada a reducir las fuentes de ignición. La prevención de incendios también incluye educación para enseñar a las personas a evitar incendios. Los edificios, especialmente las escuelas y edificios altos, a menudo realizan simulacros de incendio para informar y preparar a los ciudadanos sobre cómo reaccionar al fuego de un edificio. Intencionalmente iniciar incendios destructivos constituye un incendio provocado y es un delito en la mayoría de las jurisdicciones.
Los códigos de construcción modelo requieren protección pasiva contra incendios y sistemas activos de protección contra incendios para minimizar el daño resultante 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 de construcción y el mobiliario en la mayoría de los países desarrollados se prueban en cuanto a resistencia al fuego, combustibilidad e inflamabilidad. También se prueban tapicerías, alfombras y plásticos usados en vehículos y embarcaciones.
Donde la prevención de incendios y la protección contra incendios no han logrado evitar el daño, el seguro contra incendios puede mitigar el impacto financiero.
Restauracion
Se usan diferentes métodos y medidas de restauración dependiendo del tipo de daño de fuego que haya ocurrido. La restauración después del daño de fuego puede ser realizada por equipos de administración de propiedades, personal de mantenimiento del edificio o por los propios propietarios; sin embargo, ponerse en contacto con un profesional certificado en restauración de daños por fuego se considera a menudo como la forma más segura de restaurar las propiedades dañadas por el fuego debido a su capacitación y amplia experiencia. La mayoría se enumeran generalmente en "Restauración de incendios y agua" y pueden ayudar a acelerar las reparaciones, ya sea para propietarios individuales o para la institución más grande.
Las compañías de Restauración de Incendios y Agua están reguladas por el Departamento de Asuntos del Consumidor del estado correspondiente, generalmente la junta de licencias de contratistas del estado. En California, todas las empresas de Restauración de Agua y Fuego deben registrarse en la Junta de Licencias Estatales de los Contratistas de California. Actualmente, la Junta de Licencias Estatales de Contratistas de California no tiene una clasificación específica para "restauración de daños por agua y fuego". Por lo tanto, la Junta de Licencias del Estado del Contratista requiere una certificación de asbesto (ASB), así como una clasificación de demolición (C-21) para realizar trabajos de Restauración de Incendios y Agua.