Temario de bomberos: llamas de difusión laminar y difusión turbulenta
Resumen operativo de principios del fuego, probabilidad de ignición, combustión constante, llamas difusoras laminares y turbulentas, transferencia de calor por convección y radiación en incendios reales.
Índice de contenido:
- Principios del fuego y probabilidad de ignición.
- La combustión constante y llamas de difusión laminar.
- Llamas difusoras - vapor combustible y material oxidante.
- Llamas de difusión turbulenta.
- Transferencia del calor por corrientes de convección.
- Movimiento turbulento de un gas y radiación de la llama.
- Test de Examen: llamas de difusión laminar y turbulenta.
1. Principios del fuego y probabilidad de ignición
Disponemos actualmente de conocimientos técnicos importantes sobre las características de la ignición, combustión y propagación del fuego en los materiales combustibles (sólidos, líquidos y gaseosos).
Sin embargo, la mayoría de los conocimientos adquiridos corresponde a distribuciones geométricas muy sencillas y, por lo tanto, no permite pronosticar adecuadamente la probabilidad de la ignición y el incendio resultante en situaciones reales. No obstante, los conocimientos derivados de estas situaciones simplificadas nos proporcionan una información muy útil.
Probablemente, el encendido de mezclas gaseosas explosivas preparadas previamente, a base de un combustible y aire, es el ejemplo más sencillo. Disponemos de gran cantidad de información sobre las llamas que producen las mezclas preparadas, gracias a las ventajas que ofrecen los experimentos en condiciones controladas.
🔥 Dato para examen:
Conocemos los límites de inflamabilidad y velocidades de combustión de la mayoría de mezclas comunes de vapor y gas. Los expertos pueden calcular con exactitud las velocidades de combustión de mezclas simples de hidrocarburos y aire en función de sus múltiples reacciones químicas individuales.
2. Llamas difusoras y combustión constante
Otras situaciones sencillas son la combustión constante de gotas de combustible o pequeñas muestras de plásticos simples. En estos casos, la combustión ocurre en llamas de difusión laminar de una fase gaseosa donde la combustión depende del caudal de combustible y aire aportado.
Los incendios se diferencian de las explosiones en que surgen en casos donde el combustible y el oxidante no están previamente mezclados. La velocidad de combustión está entonces limitada, más por el aporte de combustible y oxidante (aire) al fuego, que por la velocidad de la reacción química básica que tiene lugar en el seno de las llamas.
Esta velocidad de reacción es generalmente tan rápida, que consume todo el combustible y el material oxidante disponible para alimentar la reacción en poco tiempo.
En los incendios, el proceso básico de la combustión en fase gaseosa tiene lugar en finas llamas laminares, denominadas “llamas difusoras”, que separan las regiones ricas en vapores combustibles de las regiones ricas en material oxidante.
El vapor combustible y el material oxidante avanzan por difusión hacia esas llamas laminares donde se combinan y originan productos de combustión y calor que a su vez se alejan de aquéllas por difusión.
Regla clave: en incendio, el combustible y el oxidante no están premezclados. Arde en llamas difusoras que separan zona rica en combustible de zona rica en aire. El aporte por difusión limita la velocidad de combustión.
3. Llamas de difusión laminar y difusión turbulenta
Si las llamas difusoras son pequeñas -por ejemplo, la llama de una cerilla o vela- generalmente presentan un aspecto uniforme y constante. Estas son las denominadas llamas de difusión laminar.
Si permitimos que el incendio aumente, las llamas pierden estabilidad y zigzaguean en busca de más combustible u oxidante. Finalmente, al aumentar el fuego, el movimiento de las llamas alcanza características verdaderamente desordenadas, pasando a denominarse en este caso llamas de difusión turbulenta.
Los científicos han logrado un conocimiento relativamente claro sobre pequeños fuegos con presencia de llamas de difusión laminar. Por ejemplo, pueden calcular velocidades de propagación de llamas y velocidades de combustión estacionaria de pequeños combustibles sólidos en términos de propiedades básicas de combustión de formas geométricas sencillas pero variadas (superficies planas o lisas, cilindros, etc.).
4. Transferencia del calor por corrientes de convección
En estos casos, las velocidades de combustión dependen de la transferencia del calor por las corrientes de convección desde la llama hasta el combustible sólido que, en consecuencia, se gasifica y suministra vapores combustibles a las llamas.
La corriente ascendente producida por los productos calientes de la combustión suministra el oxidante (aire) a las llamas. La corriente ascendente puede, además, aumentar la transmisión de calor por convección de las llamas al combustible sólido.
Si hay propagación de la llama, la velocidad de propagación depende del calor que las llamas transmiten hacia adelante y los materiales combustibles que todavía no arden y que necesitan calentarse previamente para suministrar vapores combustibles a las llamas.
⚠️ Comportamiento operativo:
La convección desde la llama gasifica el sólido y le lleva vapores. La columna ascendente trae aire fresco. Cuanto más calor transmitan las llamas hacia delante, más rápida será la propagación.
5. Movimiento turbulento de un gas y radiación de la llama
Los fenómenos de las llamas de difusión turbulenta en incendios importantes son menos conocidos, debido a que resulta difícil describir el movimiento turbulento de un gas y la radiación de la llama, que es generalmente la forma dominante de transmisión del calor en estos incendios.
La experiencia y las medidas que han podido tomarse demuestran el destacado papel que la radiación de la llama desempeña en los incendios de grandes dimensiones, alterando incluso el orden relativo de inflamabilidad de los combustibles, en comparación con el que presentan a escala inferior.
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