Manual de incendios — Teoría del fuego

La norma UNE 23026 define el fuego como una combustión caracterizada por la emisión de calor, humo y llamas. El DRAE lo precisa como calor y luz producidos por la combustión, mientras que el incendio es un fuego grande que destruye lo que no debería quemarse. La norma ISO 13943 añade una distinción operativa clave: el fuego es una combustión autosoportada, deliberadamente iniciada y controlada en duración y extensión espacial; el incendio, en cambio, es una combustión que se propaga incontroladamente en el tiempo y en el espacio. En resumen: FUEGO + pérdida de control = INCENDIO.

Durante mucho tiempo se representó el fuego mediante el triángulo del fuego, cuyos tres vértices son el combustible, el comburente (habitualmente oxígeno) y la energía de activación (calor, chispa o llama). La supresión de cualquiera de estos tres factores impide o extingue el incendio. Sin embargo, la observación precisa del fenómeno evidenció que existe un cuarto factor íntimamente relacionado con los tres anteriores: las reacciones en cadena. Esto dio lugar al tetraedro del fuego, figura geométrica en la que cada cara representa uno de los cuatro factores y cualquier cara retirada hace desaparecer el conjunto.

El combustible es cualquier sustancia capaz de arder en presencia de energía de activación, es decir, de combinarse con un comburente en una reacción rápida y exotérmica. Puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso, aunque en todos los casos la combustión ocurre en fase gaseosa (los sólidos pasan por pirólisis; los líquidos, por vaporización). El comburente más habitual es el oxígeno atmosférico, presente en el aire en una concentración de aproximadamente el 21 % en volumen; por debajo del 15 % el fuego generalmente se apaga. La energía de activación puede tener origen químico, mecánico, eléctrico, térmico, biológico o natural (rayos), y un foco es suficiente si su magnitud eleva la temperatura del combustible por encima de su punto de ignición.

Las reacciones en cadena (REC) son el cuarto elemento del tetraedro. Consisten en el automantenimiento de la combustión mediante la generación continua de radicales libres (hidroxilos) que propagan la reacción sin necesidad de aporte externo adicional. La velocidad de reacción en cadena se duplica con cada elevación de 10 °C y puede multiplicarse por un millón ante un aumento de 200 °C. Existe además un factor adicional, los agentes pasivos (CO₂, vapor de agua, hollín, nitrógeno…), que no participan en la reacción química pero absorben calor y condicionan el comportamiento del fuego.

Datos clave

• UNE 23026: fuego = combustión con calor, humo y llamas; ISO 13943: incendio = combustión incontrolada en tiempo y espacio.
• Triángulo del fuego: combustible + comburente + calor. Tetraedro del fuego: + reacciones en cadena.
• Concentración de O₂ en el aire: ≈ 21 % en volumen; por debajo del 15 % el fuego se apaga.
• Velocidad de la REC: se duplica cada +10 °C; ×10⁶ ante +200 °C.
• Agentes pasivos (CO₂, vapor de agua, N₂…): no reaccionan pero absorben calor y afectan al fuego.

La peligrosidad de un combustible depende de varias constantes físicas. El punto de inflamación (flash point) es la temperatura mínima a la que un combustible emite vapores suficientes para inflamarse en presencia de una fuente de ignición, aunque sin mantener la llama al retirar dicha fuente. El punto de ignición o de incendio está unos grados por encima del anterior: a esa temperatura los vapores se inflaman y la combustión se mantiene por sí sola. El punto de autoinflamación es la temperatura mínima a la que el combustible arde espontáneamente sin ningún foco de ignición externo; el punto de autoignición (autoignition point) es equivalente y se define en presencia de oxígeno.

No todas las mezclas combustible/comburente son susceptibles de arder. Existen dos límites que acotan el rango de inflamabilidad: el límite inferior de inflamabilidad (LII), concentración mínima de vapores en el aire que puede entrar en combustión (por debajo falta combustible), y el límite superior de inflamabilidad (LSI), concentración máxima (por encima falta comburente). Dentro de ese rango destacan el punto ideal de combustión (PIC), en que la combustión es óptima, y el punto estequiométrico (PE), en el que la velocidad de reacción es máxima y puede producirse una explosión.

A modo de referencia, el butano tiene un LII de 1,8 % y un LSI de 8,4 %; el hidrógeno tiene un rango amplísimo, de 4 % a 75 %; el CO tiene un LII de 15,5 % y un LSI de 74 %. En cuanto a temperaturas, la gasolina tiene un punto de inflamación de −39 °C y una temperatura de autoinflamación de 285 °C; el gasoil, 18 °C y 370 °C respectivamente; la madera, 60 °C de inflamación y 330 °C de autoinflamación.

Datos clave

• Punto de inflamación (flash point): temperatura mínima para emitir vapores inflamables (sin mantener la llama).
• Punto de ignición: igual pero la llama se mantiene al retirar el foco; suele estar unos grados por encima del punto de inflamación.
• Punto de autoinflamación: ignición espontánea sin foco externo.
• LII: mínima concentración de vapor en aire para arder. LSI: máxima concentración.
• LII/LSI representativos: butano 1,8/8,4 %; metano 5/15 %; amoniaco 16/25 %; acetileno 2,5/81 %.
• Temperatura de autoinflamación: gasolina 285 °C, madera 330 °C, gasoil 370 °C, butano 482 °C.

La norma EN 2 (antigua UNE 23010) clasifica los incendios según la naturaleza del combustible en cinco clases. La clase A engloba los fuegos de sólidos con alto punto de fusión, generalmente de origen orgánico (madera, carbón, papel, paja, tejidos); producen brasas, retienen el oxígeno en su interior y se denominan fuegos profundos. La combustión de los sólidos no es directa: el calor descompone el combustible mediante pirólisis (sin oxígeno), generando gases que son los que realmente arden. La clase B corresponde a líquidos o sólidos licuables de bajo punto de fusión (gasolina, gasoil, alcoholes, alquitrán, ceras); tampoco arden el líquido en sí sino sus vapores, producidos por vaporización. No generan brasas. La clase C son fuegos de gases (propano, butano, metano, hidrógeno, gas natural…). La clase D son fuegos de metales (aluminio en polvo, magnesio, sodio, potasio…), de extingución muy difícil y peligrosa; la electricidad no es un combustible, por lo que la antigua clase E ha sido suprimida. La clase F (clase K en nomenclatura americana) corresponde a aceites y grasas de cocina.

Atendiendo a la forma del foco, los incendios se clasifican en foco plano (sobre plano horizontal, sin partes ocultas), foco vertical (varios planos, zonas ocultas) y foco alimentado (mantenido por aportación de combustible desde depósitos no afectados). Según la superficie afectada, se establecen diez grados que van desde «pequeño» (hasta 4 m²) hasta «de envergadura» (más de 5.000 ha). A partir de 100 m² se considera de envergadura si la altura de las llamas supera la diagonal media de la superficie.

En cuanto a la velocidad de reacción, se distinguen: combustión lenta u oxidación (sin reacción en cadena, sin emisión de luz); combustión simple o normal (velocidad del frente < 1 m/s; corresponde a los incendios normales); y combustión instantánea, que puede ser una deflagración (velocidad subsónica, frente entre 1 m/s y 340 m/s, sobrepresión de 5-10 veces la inicial) o una detonación (velocidad supersónica > 340 m/s, sobrepresión de 20-100 veces la inicial). Por último, por su magnitud se habla de conato (sofocable con extintores estándar), incendio parcial (parte de un edificio o instalación) e incendio total (fuera de control, afecta al conjunto).

Datos clave

• Clase A: sólidos con brasas (madera, papel, tejidos); mecanismo = pirólisis.
• Clase B: líquidos o sólidos licuables sin brasas (gasolina, gasoil, alcohol); mecanismo = vaporización.
• Clase C: gases (propano, butano, metano…).
• Clase D: metales (Mg, Na, K, Al en polvo…); extintores específicos; agua PROHIBIDA en casi todos.
• Clase F: aceites y grasas de cocina (= Clase K americana). Clase E suprimida (electricidad no es combustible).
• Deflagración: frente subsónico, sobrepresión ×5-10. Detonación: frente supersónico (>340 m/s), sobrepresión ×20-100.
• Superficie: grado I (≤4 m²) hasta grado X (>5.000 ha).

Todo incendio atraviesa cuatro fases: inicio, desarrollo, propagación y extinción. En la fase de inicio coinciden los tres factores del tetraedro (combustible, comburente y energía de activación) y se libera calor suficiente para mantener la reacción en cadena. En la fase de desarrollo el contenido de oxígeno permite una combustión completa, la temperatura ambiente sube aceleradamente (puede superar los 700 °C en el techo de un cuarto), y comienzan a inflamarse otros elementos por radiación y conducción. A medida que el O₂ disminuye se genera CO (inflamable y asfixiante) y otros gases que no combustionan por falta de comburente: es la fase latente, muy peligrosa porque anticipa la combustión súbita generalizada (CSG). Si se rompe un cristal o se abre una ventana, el oxígeno fresco provoca la CSG. En la fase de propagación el calor se transmite por todos los medios, la radiación cobra gran relevancia y el incendio alcanza grandes dimensiones. La extinción puede ser natural (agotamiento del combustible) o provocada por la acción humana.

El calor se transfiere siempre desde los cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura por tres mecanismos. La conducción es la transferencia por contacto molecular directo entre sólidos (también en líquidos y gases); depende de la superficie de contacto, la diferencia de temperaturas, el espesor y la conductividad térmica del material. Los mejores conductores son los metales; los mejores aislantes son materiales con intersticios de aire. La convección opera en medios fluidos circulantes (gases y líquidos): las masas calientes ascienden y las frías descienden, realimentando el foco con oxígeno fresco y arrastrando partículas en ignición (pavesas). La convección es el mecanismo con mayor influencia en la estrategia de intervención en incendios. La radiación es la transmisión mediante ondas electromagnéticas (infrarrojo principalmente) que se propagan en línea recta a la velocidad de la luz y no necesitan materia; cuando alcanzan un cuerpo son absorbidas, reflejadas o transmitidas. Cuanto más caliente está el cuerpo, mayor es la radiación emitida.

Datos clave

• Fases del incendio: inicio → desarrollo (sube T, baja O₂) → propagación → extinción.
• Fase latente: O₂ insuficiente, acumulación de CO y gases inflamables; anticipa CSG (combustión súbita generalizada).
• Conducción: contacto molecular; afectada por superficie (S), ΔT, espesor y conductividad térmica (K).
• Convección: ascenso de masas calientes, descenso de frías; dirección predominantemente vertical.
• Radiación: ondas electromagnéticas (IR); sin necesidad de materia; velocidad de la luz; el calor radiado viaja en línea recta.

Extinguir un incendio consiste en hacer desaparecer o reducir uno o más de los factores del tetraedro del fuego. Existen cuatro mecanismos principales. La desalimentación o eliminación del combustible consiste en retirar el combustible (directa: separar físicamente o cerrar llaves de paso; indirecta: refrigerar combustibles en el área de influencia) o diluirlo para que la concentración de vapores quede por debajo del LII. La sofocación o eliminación del comburente impide el contacto entre el combustible y el oxígeno o reduce la concentración de este por debajo del 15 %. Puede hacerse por separación completa del comburente (arena, espuma, tapa) o por dilución del oxígeno (inertización con CO₂, N₂ u otros gases inertes). La diluci del comburente recibe el nombre de inertización cuando se utilizan gases inertes y pretende rebajar la concentración de O₂, no eliminarla totalmente.

El enfriamiento consiste en reducir la temperatura del combustible por debajo de su punto de ignición lanzando agua sobre las superficies calientes. El agua absorbe 540 cal/g en su paso de líquido a vapor (calor latente de vaporización), lo que la convierte en el agente de mayor efecto refrigerante; además, un litro de agua líquida genera entre 1.500 y 1.770 litros de vapor, lo que desplaza el oxígeno (efecto sofocante secundario). La inhibición o rotura de la reacción en cadena (también llamada acción catalítica negativa) consiste en neutralizar los radicales libres que sostienen la REC, impidiendo la oxidación continua. Los agentes utilizados son halones y polvo químico seco. Este mecanismo solo es aplicable a fuegos con llama; no actúa sobre fuegos incandescentes o de brasas.

Datos clave

• 4 mecanismos: desalimentación (elimina combustible), sofocación (elimina comburente), enfriamiento (baja T < punto de ignición), inhibición (rompe la REC).
• Sofocación: O₂ < 15 % para apagar el fuego. Inertización = dilución del comburente con gases inertes (CO₂, N₂).
• Agua: calor latente de vaporización = 540 cal/g; 1 L de agua → 1.500-1.770 L de vapor.
• Inhibición: halones y polvo seco BC/ABC; solo eficaz en fuegos con llama.
• Desalimentación directa: separar físicamente el combustible o cortar el suministro.

Un agente extintor es el producto que, aplicado sobre el fuego, actúa sobre uno o más factores del tetraedro para extinguirlo. No debe confundirse con el extintor, que es el envase que lo contiene. Los agentes extintores se clasifican por su estado de agregación en líquidos, sólidos y gaseosos.

El agua es el agente más conocido, abundante, barato y empleado. En estado natural es un líquido incoloro, inodoro e insípido que hierve a 100 °C y se hiela a 0 °C. Tiene un alto calor latente de vaporización (540 cal/g), un calor específico de 1 cal/(g·°C) y al evaporarse aumenta su volumen 1.500-1.700 veces. Es muy estable hasta aprox. 1.650 °C. Actúa principalmente por enfriamiento (su mecanismo primario) y secundariamente por sofocación (el vapor desplaza el O₂) y desalimentación (dilución de combustibles hidrosolubles). Puede aplicarse como chorro compacto (mayor alcance, menor eficacia; solo clase A), pulverizada o niebla (máxima eficacia de enfriamiento y sofocación; válida para A, B y presencia de electricidad E con técnica adecuada) o nebulizada (gotas muy finas con presiones de 4-200 bares). Las principales limitaciones del agua son su conductividad eléctrica, que impide usarla sobre tensiones elevadas sin precauciones, y que su mayor densidad hace que se deposite en el fondo de recipientes con líquidos inflamables menos densos. Se añaden aditivos como humectantes (reducen la tensión superficial; útiles en fuegos clase A profundos), espesantes o viscosantes (aumentan adherencia; fuegos forestales), boratos (espesantes con propiedades retardantes de llama), modificadores de flujo (reducen pérdidas de presión en mangueras) y modificadores de densidad (espumas o emulsiones).

Las espumas son masas de burbujas rellenas de aire formadas por la mezcla de espumógeno (concentrado tensoactivo), agua y aire. Su densidad relativa es menor que la del líquido inflamable más ligero. Actúan principalmente por sofocación (separan el combustible del O₂) y secundariamente por enfriamiento. Según la norma UNE EN 1568, se clasifican en baja expansión (<20), media expansión (20-200) y alta expansión (>200). Por su composición pueden ser proteínicas, fluoroproteicas (FFFP), sintéticas, fluorosintéticas o formadoras de película acuosa (AFFF; las más habituales en hidrocarburos). Son el agente extintor principal para fuegos clase B y se emplean en aeropuertos, almacenamientos de combustibles líquidos y ciertas plantas químicas. Son incompatibles con los polvos extintores (los descomponen) y con espumógenos de diferente tipo. La temperatura ideal de mezcla agua-espumógeno es entre 7 °C y 27 °C; la presión de punta de lanza ideal oscila entre 3,5 y 10 bares.

Los polvos extintores son sales inorgánicas finamente pulverizadas (25-30 micras/partícula). Los polvos convencionales BC (bicarbonato sódico, bicarbonato potásico, cloruro potásico) actúan por inhibición (mecanismo primario) y sofocación secundaria; son eficaces en fuegos B y C y en presencia de electricidad hasta 1.000 V. Los polvos polivalentes ABC (fosfato monoamónico como sal principal) añaden el efecto antibrasa: la sal se descompone por el calor y forma una capa pegajosa (ácido metafosfórico) que sella las brasas y actúa por sofocación; son eficaces en A, B y C. Los polvos especiales (grafito pulverizado, carbono mineral…) están diseñados específicamente para fuegos clase D; cada uno es adecuado para un tipo de metal concreto. Todos los polvos son dieléctricos (< 1.000 V) y no enfríen de forma relevante, por lo que el fuego puede reiniciarse si persisten fuentes de ignición.

Los agentes gaseosos se almacenan en estado líquido a presión y pasan a gas al aplicarlos. El CO₂ (dióxido de carbono) es el más utilizado: incoloro, inodoro, insípido, 1,5 veces más pesado que el aire, no corrosivo, sin residuos, dieléctrico. Actúa por sofocación (primario) y enfriamiento (secundario; se descarga a < −40 °C, formando nieve carbónica a −79 °C). Es efectivo en fuegos superficiales A, B y C y en presencia de alta tensión; peligroso en fuegos D (reacciona con metales activos). Su concentración de extinción es ≈22 %, nivel a partir del cual es irrespirable (a partir del 6 % es inadmisible para las personas; a 20 % causa la muerte en 20-30 min). Los halones (1211 y 1301) actúan por inhibición (primario) y sofocación; son limpios, sin residuos y eficaces en A, B, C y fuegos eléctricos, pero su fabricación está prohibida en Europa por su efecto destructor de la capa de ozono. Sus sustitutos son los agentes limpios: gases inertes (IG-01 argón puro; IG-55 Argonite: 50 % N₂ + 50 % Ar; IG-541 Inergen: 52 % N₂ + 40 % Ar + 8 % CO₂) y halocarbonados, que actúan también por sofocación reduciendo el O₂.

Datos clave

• Agua: calor específico 1 cal/(g·°C); calor latente de vaporización 540 cal/g; temperatura crítica 374 °C; 1 L → 1.500-1.700 L de vapor.
• Espuma: agente principal para clase B; mecanismo primario = sofocación. Baja expansión <20; media 20-200; alta >200 (UNE EN 1568).
• Polvo BC: inhibición + sofocación; clases B, C y electricidad < 1.000 V.
• Polvo ABC (antibrasa): B, C y A; sella brasas con ácido metafosfórico.
• Polvo especial: solo clase D; incompatible con agua y halones en Mg.
• CO₂: sofocación + enfriamiento (nieve carbónica a −79 °C); 22 % = concentración de extinción; 6 % = límite seguro para personas.
• Halones 1211/1301: inhibición primaria; prohibida su fabricación (destruyen ozono).
• Inergen (IG-541): 52 % N₂ + 40 % Ar + 8 % CO₂.