Usuario:Creosota/taller/Efectividad en la aplicación de agua en incendios confinados

Este es el taller de Creosota. Un taller de usuario es una subpágina de usuario que sirve para iniciar el desarrollo de artículos o realizar pruebas. Esto no es un artículo de la enciclopedia. También puedes realizar pruebas de edición desechables en la zona de pruebas común, o crear otros talleres o subpáginas.

Volver al índice

La efectividad en la aplicación de agua sobre un incendio confinado se define como la capacidad de una determinada aplicación de agua, en unas circunstancias concretas, para lograr extinguir un incendio confinado sin agravar la situación.

Para poder determinar cual es la forma más efectiva de aplicar el agua en cada situación es preciso conocer cuales son los efectos de esta aplicación sobre el incendio, los cuales se pueden estudiar como fenómenos físicos individuales y su efectos en la dinámica del incendio. Los principales efectos son el empuje del agua y del arrastre del aire del chorro que se aplica, enfriamiento, dilución e incorporación de un balasto térmico.

Efectos físicos

El calentamiento del agua aplicada y el cambio de fase líquido-gas generan una absorción de energía con el consiguiente enfriamiento de la masa de gases de incendio, del combustible y de la estructura. La incorporación de vapor de agua al recinto constituye una dilución de las concentraciones de comburente y combustible. Por su parte la presencia de gotas de agua en suspensión, ya sea por saturación de vapor de agua o por falta de evaporación, constituye un balasto o impedimento para la combustion con llama.

Efecto de enfriamiento

El efecto de enfriamiento o absorción del agua como agente extintor se produce en tres fases consecutivas a medida que se absorbe calor.

• Calentamiento del agua hasta el punto de ebullición.
• Cambio de fase liquido-gas. Evaporación del agua líquida y formación de vapor de agua.
• Calentamiento del vapor de agua.

La cantidad de energía necesaria para que la unidad de masa eleve su temperatura un grado de temperatura se conoce como calor específico $C_{e}$.

El agua no hierve inmediatamente tras alcanzar su temperatura de ebullición (100 °C al nivel del mar). Una vez alcanzado su punto de ebullición, el agua debe absorber una cantidad adicional de energía para convertirse en vapor de agua. Se denomina calor latente de evaporación $C_{v}$, a la cantidad de energía necesaria para que un líquido cambie a estado gaseoso sin que haya aumento de temperatura. En el caso del agua, este valor es significativamente superior a la cantidad de energía necesaria para calentar de temperatura ambiente a 100 °C. Esta característica, junto a otras, hacen del agua un agente extintor universal.

Una vez en fase gaseosa, el aumento de temperatura en la masa de vapor de agua supone la absorción de energía del entorno. El calor específico del vapor de agua difiere ligeramente del valor en fase líquida.

Valores de referencia

Calor específico agua	$C_{e_{H_{2}O}}=4,182\ kJ\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$
Calor latente de evaporación	$C_{v_{H_{2}O}}=2257\ kJ\ kg^{-1}$
Calor específico del vapor de agua	$C_{e_{vaporH_{2}O}}=4,090\ kJ\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}$

---

Ejemplo:

Calcular la cantidad de energía absorbida al aplicar 1L de agua a temperatura ambiente (18 °C) a un recinto de incendio que alcanza una temperatura final de equilibrio de 300º °C suponiendo una evaporación completa del agua utilizada.

Fase de calentamiento de agua de 18 a 300 °C:

$Q_{liquido}=m\cdot C_{e_{H_{2}O}}\cdot \Delta T=1\ kg\cdot 4,182\ kJ\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}\cdot (100-18)K=343\ kJ$

Fase de evaporación a 100 °C

$Q_{evaporacion}=m\cdot C_{v_{H_{2}O}}\cdot =1\ kg\cdot 2257\ kJ\cdot kg^{-1}=2257\ kJ$

Fase de calentamiento del vapor de agua de 100 a 300 °C.

$Q_{vapor}=m\cdot C_{e_{vaporH_{2}O}}\cdot \Delta T=1\ kg\cdot 4,090\ kJ\cdot kg^{-1}\cdot K^{-1}\cdot (300-100)K=818\ kJ$

Energía total absorbida

$Q_{total}=343\ kJ+2257\ kJ+818\ kJ=3418\ kJ$

La energía total absorbida es de 3418kJ de los cuales dos tercios corresponden a la energía necesaria para la evaporación.

---

Efecto de dilución

La aplicación de agua al recinto del incendio, siempre que genere vapor de agua, influye en la dinámica del incendio por el efecto de dilución del volumen de gases de combustible y comburente. En efecto, a la mezcla existente, se incorpora un tercer fluido que la diluye alejándola del rango de inflamabilidad.

El volumen de vapor de agua que se genera a una temperatura de 100 °C es, aproximadamente, 1.600 veces mayor que el volumen original en fase líquida. A medida que la temperatura aumenta, esta expansión es aún mayor.

Expansión de 1L de agua

Temperatura	Volumen de vapor de agua
100 °C	1660 L
200 °C	2060 L
300 °C	2520 L
400 °C	2980 L
500 °C	3440 L
600 °C	3900 L

Balasto térmico

Tras la aplicación de agua en el recinto de incendio, multitud de gotas de agua quedan en suspensión en el ambiente, ya sea fruto de la condensación del vapor de agua o de gotas que no llegaron a evaporarse completamente. Con más frecuencia estas gotas de agua en suspensión se encuentran en la capa fría en la zona inferior del recinto. Por ello son arrastradas hasta el motor del incendio, donde dificultan la combustión con llama al actuar como un balasto térmico: las gotas absorben energía de la pluma de llamas, reduciendo la radiación emitida por la pluma del incendio y así dificultando el proceso de combustión.

Este es el fenómeno físico en el que se basan los sistemas fijos de protección contra incendios de nebulización a alta presión.

Aporte de aire por arrastre del chorro

(Pendiente de desarrollo por Creosota).

Capacidad de enfriamiento del agua

Se entiende capacidad de enfriamiento a la relación entre la energía absorbida debido a una aplicación de agua $Q_{absorbido}$y la absorción máxima teórica $Q_{max}$ que corresponde a la energía para calentar el agua hasta su punto de ebullición, realizar el cambio de fase y calentar el vapor de agua hasta la temperatura del recinto en el estado de equilibrio.

$ef={{Q_{absorbido}} \over Q_{max}}$

Distintos autores cifran los valores de efectividad en la aplicación del agua por bomberos bien entrenados en condiciones de ensayo entre 0,5 y 0,7.

El agua que no llega a evaporarse, como máximo, podrá absorber la energía correspondiente al aumento de temperatura hasta su temperatura final, mientras que el agua que consiga convertirse en vapor y llegar a la temperatura de equilibrio con el recinto tendrá una absorción de energía considerablemente mayor.

Efectos del agua en función de la zona de aplicación

Los efectos de la aplicación de agua sobre un incendio confinado pueden también analizarse a partir de las consecuencias que tiene su aplicación en cada uno de los diferentes elementos básicos que encontramos en un escenario convencional.​

Llamas y capa de gases

Situados en el plano superior son el origen de los fenómenos como el flashover, fire gas ignition y otros. La proyección de agua sobre estos gases tiene un efecto de refrigeración, que será más efectiva cuanto menor sea el diámetro de las gotas y mayor el tiempo de exposición. Como consecuencia de la trasferencia de energía al agua, esta se convierte en vapor a la vez que se contrae el volumen de los gases por el descenso de temperatura. Si el incendio sigue activo seguirá generando gases que sustituirán rápidamente los que han sido enfriados, volviendo a las condiciones previas.

Paredes y techos

Son los elementos que confinan el incendio y que van incrementando su temperatura conforme este se desarrolla. El enfriamiento de estos elementos por la proyección de agua absorbe energía del incendio, pero la tasa de liberación de calor no disminuirá. El incendio activo seguirá liberando calor y las paredes y techos volverán al nivel energético que tenían.

Combustible

Los combustibles más frecuentes son sólidos que sirven como motor del incendio. El agua tiene un efecto de enfriamiento sobre su superficie deteniendo la pirólisis y la combustión. La transferencia de calor genera vapor de agua, la cual se compensa con el cese de la generación de gases productos de la combustión si el volumen de agua aplicado es proporcional. El combustible, en función de su naturaleza, puede mantener una cantidad de energía considerable una vez detenida la pirólisis, por lo que la aplicación de agua una vez detenida la combustión mantendrá el proceso de enfriamiento, generando un volumen de vapor cuyos efectos deben de ser valorados.

Véase también

• Técnicas de aplicación de agua