Usuario:Creosota/taller/Evolución de un incendio confinado

Artículo Beta

Esta es una versión Beta del artículo lista para su revisión por el GIE.

Volver al índice

Recreación de una combustión súbita generalizada en un simulador a escala.

La evolución de un incendio confinado, sigue un modelo de desarrollo en función de sus condiciones de ventilación y disponibilidad de combustible, pasando por las distintas fases típicas de cualquier otro incendio.

Para su estudio consideraremos un salón convencional como escenario teórico, cuya evolución estará caracterizada por el régimen de combustión, que dependerá de la naturaleza del factor limitante para su desarrollo; en unos casos la disponibilidad de combustible, dando lugar a un incendio limitado por el combustible (ILC) y en otros la ventilación, dando lugar a un incendio limitado por la ventilación (ILV).

Incendio limitado por el combustible (ILC)

El incendio comienza con una llama laminar que crea una columna convectiva adosada a las superficies verticales al alcance y que emite gases y vapor de agua apenas visibles.

Conforme la llama aumenta de tamaño va transformándose en una llama turbulenta, con una peor combustión y produciendo un humo más visible. En estos primeros momentos, la mayor transferencia de calor se produce por el mecanismo de convección.

Al ir creciendo el incendio, va aumentando la producción de gases y la temperatura, formándose una capa de gases y partículas en suspensión: es la denominada capa caliente o capa de gases de incendio. Por debajo se sitúa una capa de aire a temperaturas mas bajas que denominamos capa fría. Entre ambas capas se establece un plano casi horizontal de frontera denominado plano neutro.

El motor del incendio genera una diferencia de temperaturas y con ello una diferencia de densidad, que fuerza el movimiento de los gases. En la capa fría un flujo de aire alimenta el foco del incendio, del cual se eleva una pluma de gases a temperatura elevada que se distribuyen horizontalmente a lo largo de la capa caliente. Si observamos los diferenciales de presión con respecto a un punto a la misma altura fuera del recinto de incendio, encontramos diferenciales de presión positivos por encima del plano neutro, y negativos por debajo de éste.

Evolución de la tasa de liberación de calor (TLC) en un incendio limitado por el combustible (ILC) según el modelo de curva cuadrática doble. En este caso el incendio no alcanza el flashover.

El crecimiento del incendio continúa, y con él la producción de gases, el descenso del plano neutro y el aumento en altura de la capa caliente. En un momento dado, la capa caliente habrá descendido hasta alcanzar el dintel de una puerta o de una ventana abierta; si la cantidad de humo generado es mayor que la que se evacua por la abertura, el plano neutro continuará descendiendo. En caso contrario el plano neutro permanece estable a la altura del dintel, habiendo encontrado un punto de equilibrio en la dinámica de gases del recinto.

Desde su constitución, la capa caliente transfiere calor hacia las paredes y el techo por radiación y convección. Los objetos y paredes situados en la capa fría se calientan por radiación. Los gases que finalmente escapan del recinto desde la capa caliente por las aberturas transfieren calor por convección hacia las zonas a las que se desplazan.

Si la cantidad de combustible es suficiente, el fuego continúa propagándose por los elementos combustibles del recinto pudiendo elevar la temperatura de la capa de gases por encima de los 600 °C. En este rango de temperaturas la capa de gases de incendio se inflama en forma de rollover, disparando la radiación desde la capa superior hacia los elementos que no participan en el incendio. La temperatura de inflamación de la capa caliente dependerá de la naturaleza y concentración de los gases que lo componen. Tradicionalmente se venía considerando que al alcanzarse la temperatura de autoignición del monóxido de carbono (CO) (605 ºC según su ficha FISQ​) es cuando se producía el rollover, pero los estudios más recientes han comprobado que la concentración de CO en incendios confinados limitados por el combustible raramente supera el 5%, quedando por debajo de su LII. La mezcla de gases en la capa caliente no solo contiene CO sino también otros productos de la combustión y gases provenientes de la pirólisis de los combustibles, siendo su inflamabilidad difícil de determinar y dependiente de factores ligados al combustible y al desarrollo del incendio hasta ese momento.

La propagación de las llamas por el techo aumenta sustancialmente la superficie radiante y con ella la transferencia de calor a los combustibles presentes en el recinto, hasta alcanzar su temperatura de ignición. Esto provocará la combustión súbita generalizada de todos los combustibles presentes en la estancia o flashover, ocupando las llamas toda la estancia. La mayoría de los estudios asocian a este fenómeno un nivel de radiación de unos 20 kW/m2 a nivel del suelo y una temperatura de los gases cercana a los 600 ºC.​​

Es importante indicar que no todos los incendios limitados por el combustible evolucionan hasta esta fase de flashover. En muchos casos la escasez de combustible o las perdidas de calor impiden que la capa de gases caliente consiga temperaturas lo suficientemente elevadas como para producir la combustión súbita generalizada.

Una vez que el incendio ha alcanzado su máximo desarrollo irá decayendo en intensidad hasta que, una vez consumida la mayor parte del combustible, solo queden rescoldos con combustión incandescente. Esta última etapa se caracteriza por la elevada producción de CO, en la cual se alcanzan concentraciones de hasta un 5%.

Debido a la gran demanda de oxígeno que genera la combustión generalizada, en general se asocia la aparición del flashover con un cambio de régimen del incendio, pasando de limitado por el combustible (ILC) a limitado por la Ventilación (ILV).

Incendio limitado por la ventilación (ILV)

Evolución de la tasa de liberación de calor (TLC) de un incendio confinado en un recinto totalmente cerrado en el que se produce una apertura de ventilación.

Las condiciones en las que se desarrolla el incendio pueden condicionar la disponibilidad de oxígeno, convirtiéndolo en el agente limitante para mantener la combustión. La falta de renovación de aire, y con ella la de oxígeno, son consecuencia de la falta de equilibrio entre el intercambio de gases del recinto y la producción de gases del incendio:

• Las aberturas existentes (por su ubicación, tamaño, etc.) son insuficientes para permitir la salida de gases de incendio, en la medida en que se generan, o la libre entrada de aire. Es importante recordar que como consecuencia de la ley de la conservación de la materia, la masa de aire que entra en el recinto de incendio es igual a la masa de los gases que salen si despreciamos el efecto de la pirólisis de los combustibles.
• La cantidad de combustible involucrado en el incendio es tan grande que genera un volumen de gases que excede su capacidad de salida.

En estas condiciones, el oxígeno se va consumiendo y desciende en concentración; como consecuencia la tasa de combustión se reduce y la temperatura desciende. El déficit de oxígeno hace que la combustión sea menos completa, incrementándose la concentración de CO. La limitación de evacuación de los gases también provocará un descenso del plano neutro, dificultando la visibilidad.

El desarrollo del incendio encontrará su estado de equilibrio cuando el intercambio de gases entre el recinto y el exterior se iguale con la producción de gases y el consumo de aire. En estos casos, se puede aproximar la potencia de incendio usando la correlación de Kawagoe con la circunspección necesaria.​

Si el plano neutro alcanza los combustibles cesa la combustión con llamas, pero los materiales mantienen una alta temperatura por lo que continúan pirolizando y aumentando la fracción de combustible del colchón de gases.

El ejemplo típico de un ILV es un incendio que se desarrolla en una estancia con la puerta y ventanas cerradas. El incendio seguirá el desarrollo de ILC, pero al no poder evacuarse el colchón de humo, este desciende y la concentración de oxígeno disponible disminuye hasta sofocar el fuego, permitiendo únicamente la persistencia de una combustión de brasas que requiere una concentración de oxígeno menor (fuego latente).

En esta situación, el único intercambio con el exterior es a través de los espacios que pudieran quedar, como rendijas de puertas y ventanas o respiraderos. Observando estos flujos se puede reconocer el comportamiento del incendio: salida de gases durante la fase de crecimiento, entrada de aire con el enfriamiento del recinto debido a la reducción de la tasa de combustión o incluso pulsaciones provocadas por la inestabilidad del régimen de combustión en el recinto.

A partir de esta situación pueden darse varios escenarios:

1. Las condiciones se mantienen y el calor se disipa a través de los materiales que delimitan el recinto, por conducción.
2. Se abre un hueco de ventilación que aporta una entrada de aire; frecuentemente es la apertura de una puerta o la rotura de un ventanal. Parte de los gases de incendio salen al exterior mientras que el aire entra por la parte inferior hasta alcanzar las brasas. Esto va a acelerar el desarrollo del incendio y, eventualmente, avivar las llamas que pueden servir de fuente de ignición para la capa de gases. En las nuevas condiciones de ventilación, el incendio crece hasta alcanzar un nuevo equilibrio como se ha descrito previamente.
3. Si el intercambio de gases es suficiente, el incendio podrá crecer hasta alcanzar una combustión súbita generalizada de todos los combustibles. En este caso hablamos de un flashover inducido por la ventilación.
4. Con menos frecuencia, la capa de gases ha podido acumular una fracción de combustible y guardar una temperatura suficiente, como para provocar una deflagración conocida como backdraft.