Naturalesa del Foc: conceptes clau i fenòmens extrems per a oposicions

BLOC BOMBERIL

NATURALESA DEL FOC
Temperatura i fonts de calor. Transferència de la calor. Teoria del foc.
Elements que componen el foc. Tipus de combustió. Combustions
estequiomètriques i límits d'inflamabilitat i d'explosivitat. Classes de foc.
Propagació del foc. Productes de la combustió. Fenòmens extrems:
explosions (deflagracions, detonacions), flashover, backdraft.

122
112
65 GS
Temari Bombers/es
de la Generalitat.
Optim 2023
Edició 3Ò PT 1 M

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 9: NATURALESA DEL FOC

SUMARI

Cada apartat del sumari
redirigeix al lloc on es troba
l'apartat en qüestió.

1. TEMPERATURA I FONTS DE CALOR

1.1. CALOR
1.2. TEMPERATURA
1.3. CONCEPTES RELACIONATS AMB CALOR I TEMPERATURA
1.3.1. Capacitat calorífica
1.3.2. Calor específica
1.3.3. Calor latent
1.3.4. Equilibri termic

1. TRANSFERENCIA DE LA CALOR

2.1. CONDUCCIÓ
2.2. CONVECCIÓ
2.3. RADIACIÓ

1. TEORIA DEL FOC
2. ELEMENTS QUE COMPONEN EL FOC

4.1. COMBUSTIBLE
4.2. COMBURENT
4.3. ENERGIA D'ACTIVACIÓ
4.4. REACCIÓ EN CADENA

1. TIPUS DE COMBUSTIÓ

5.1. SEGONS EL COMBUSTIBLE
5.1.1. La pirolisi
5.2. SEGONS LA VELOCITAT DE PROPAGACIÓ

1. CLASSES DE FOC
2. LÍMITS I COMBUSTIONS ESTEQUIOMETRIQUES
3. PRODUCTES DE LA COMBUSTIÓ

8.1 TEMPERATURA
8.2 FLAMES
8.3 FUM
8.4 GASOS

1. PROPAGACIÓ DEL FOC
2. EXPLOSIONS; FLASHOVER I BACKDRAFT

10.1. FLASHOVER
10.2. BACKDRAFT
10.3. BLEVE
Pàgina 2Ò PT 1 M

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 9: NATURALESA DEL FOC

1. Temperatura i fonts de calor

El foc és una reacció química d'oxidació d'una matèria combustible. Caracteristiques de la reacció:

• Altament exotermica.
• Despren energia en forma de calor i llum.
• Desprèn altres productes resultants de la reacció (CO2, H2O, etc.).
• La intensitat varia segons les substàncies que hi intervinguin.

1.1 Calor

• És l'intercanvi d'energia entre dos cossos.
• Sempre es dona entre dos cossos que estan a diferent temperatura.
• Sempre va del cos calent al fred.
• Es mesura en Joules [J], calories [cal], i unitats derivades com kJ, kcal, etc.
• La relació entre les dues unitats és 1 cal = 4,18 J.
• Les fonts de calor més habituals són:
• Tèrmiques (la flama d'una espelma o d'un encenedor, etc.).
• Mecàniques (fregaments entre dos cossos, etc.).
• Químiques (qualsevol reacció química exotèrmica).
• Elèctriques (curtcircuits, endolls, etc.).
• Nuclears (usades per a la generació d'energia).

1.2 Temperatura

De la calor, surt la temperatura.

• És una magnitud física que mesura l'energia cinetica mitjana de les molécules que té un cos.
• Indica si hi haurà transmissió d'energia d'un cos a un altre, però no la quantitat d'energia
  que emmagatzema un cos.
• Un cos amb més temperatura pot tenir menys energia que un de mes fred (depèn de la calor
  específica del material).
• Indica el seu nivell calorífic.
• Expressa quantitativament les nocions de calor i fred.
• En el Sistema Internacional es mesura en Kelvin (K).
• Es considera el zero absolut (-273 ℃) quan un cos no té temperatura, les molécules no es mouen,
  no té energia cinetica. És la temperatura més baixa a la que es pot arribar.

Les unitats de temperatura són:

• Kelvin (K), que corresponen a l'escala científica o absoluta.
• Graus Celsius (℃).
• Graus Fahrenheit (OF), utilitzats en països anglosaxons.

Pàgina 3Temari Bombers/es
de la Generalitat
TEMA 9: NATURALESA DEL FOC
Ò PT 1 M

En podem deduir, doncs, les següents formules de canvi d'escala:

1.3 Conceptes relacionats amb calor i temperatura

1.3.1. Capacitat calorífica

Quantitat de calor necessaria per elevar la temperatura d'un cos en un 1℃ (no considera dimensions ni massa).

• Es mesura en J/K en SI

1.3.2. Calor específica

• Propietat característica de cada material.
• Quantitat de calor necessaria per augmentar 1 °K la temperatura d'un kg d'aquell material.
• Indicador de quanta energia termica acumula el material.
• En una mateixa substância pot canviar segons l'estat d'agregació (líquid, solid o gasós).
• Les unitats en què s'expressa poden ser:
• SI: Joules per quilogram per grau kelvin [J/kg °K].
• Caloria per gram per grau [cal/g ℃].
• La calor específica de l'aigua en estat líquid és de:
• 4.180 J/kg. ℃ (4,18 J/g ℃).
• 1 cal/g ℃.

Pàgina 4Ò PT 1 M

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 9: NATURALESA DEL FOC

1.3.3. Calor latent

És la quantitat de calor necessaria per produir un canvi d'estat a 1 kg de substancia. No hi ha canvi de temperatura.

• En mesura en J/kg en el SI.
• Habitualment s'expressa en: cal/g.

1.3.4. L'equilibri termic

Si barregem dues substancies a diferent temperatura, aquesta calor tendirà a igualar les dues substàncies, de la
més calenta a la més freda.
Forma matematica: ET = m . Qe . AT
ET: equilibri termic, Qe: calor específica de la substancia, m: massa de la substancia, AT: variació de temperatura.

2. Transferència de la calor

En funció de les condicions del medi on es realitza la propagació de la calor, la transferencia d'aquesta pot
donar-se de 3 maneres diferents:

• Conducció.
• Convecció.
• Radiació.

2.1 Conducció

• Contacte directe entre dos cossos a diferent temperatura.
• Almenys un dels dos materials haurà de ser conductor (Elevada conductivitat termica).
• El mecanisme de transmissió de calor es basa en la Llei de Fourier,
  que enuncia que la taxa de transferência de calor serà:
• Proporcional a la secció del material:
  a major secció, més conductivitat.
• Proporcional a la diferencia de temperatura
  entre els extrems dels materials o entre materials:
  a major diferencia, més conductivitat.
• Proporcional a la densitat del material:
  a major densitat, més conductivitat.

Model que representa el fluxe de calor
Cos A
Cos B
Calor
Major temperatura Menor temperatura
Pàgina 5Temari Bombers/es
de la Generalitat
TEMA 9: NATURALESA DEL FOC
Ò PT 1M

En el dibuix veiem com la conducció pot ser la causa de propagació
d'un incendi.
El foc que teníem confinat en una habitació escalfa la biga d'acer, que pot
arribar a grans temperatures i cremar els objectes que estan en contacte
amb ella en altres habitacions.
La paret pot ser molt aïllant, però la calor passa per la biga com si fos una
"autopista térmica".

2.2. Convecció

• Es produeix en els fluids (liquids i gasos) i es degut al moviment de la materia.
• Procés dels corrents de convecció, moviments circulars del fluid:
• Quan s'escalfa el fluid, disminueix la seva densitat i s'eleva.
• Mentre puja, va cedint calor per conducció i es va refredant.
• Aquest fluid més fred i més dens, torna a baixar.
• Per tant, les particules calentes pugen i les fredes baixen. D'aquesta manera s'estableix
  una Convecció lliure natural, per canvis de densitat.
• Convecció forçada: bombes o ventiladors que provoquen aquests moviments.

Aigua freda que baixa
Aigua calenta que puja

Per exemple, un foc en una planta baixa, el fum puja per
convecció i escalfa els pisos superiors, propagant el foc
a l'últim pis, molt lluny de l'origen del foc.

5 min
15 min
Combustio sobtada
generalitzada III
Exterior 45 min
(interior + combustió)
Interior 30 min
5 min
5 min
15 min
Combustio sobtada
generalitzada II
Exterior 40 min
(interior + combustió)
Interior 25 min
5 min
5 min
15 min
Combustió sobtada
generalitzada I
15 min
Exterior 35 min
(interior + combustió)
Interior 20 min
15 min
!
Focus
d'incendi
Exterior 15 min
(interior + combustió)
Pàgina 6
5 min
15 min
Combustió sobtada
generalitzada IV
Exterior 50 min
(interior + combustió)
Interior 35 min
5 min

Temari Bombers/es de la Generalitat

TEMA 9: NATURALESA DEL FOC

2.3. Radiació

• Emissió contínua d'energia transmesa en forma d'ones electromagnetiques des de la superfície d'un cos calent.
• Aquestes ones es poden propagar a través de l'espai o de qualsevol medi material.
• La radiació absorbida varia depenent del material i el color.
• La calor emesa per radiació és petita si el cos calent té una temperatura baixa, però augmenta notablement
  a mesura que ho fa la temperatura del cos radiant.
• En focs de gran intensitat la radiació serà prou important per a crear focus secundaris.
• La radiació pot propagar un incendi a grans distàncies, afectant estructures veïnes que aparentment
  estan lluny del foc.
• L'exemple mes clar de transmissió de la calor per radiació la trobem al sol.

Moltes vegades es poden donar tots tres tipus de propagació a la vegada:
Conducció
Convecció
Radiació

3. Teoria del foc

• La combustió és una reacció química d'oxidació-reducció exotérmica (reacció Red-Ox).
• Es dona entre un combustible i un comburent, habitualment l'O2 (di-oxigen).
• Basa el seu funcionament en una transferencia d'electrons entre els reactius de la reacció,
  provocant un canvi en els estats d'oxidació dels productes.

Combustible
Agent reductor
s'oxida
perd e-

Comburent
Agent oxidant
es redueix
guanya e-

Segons el tipus de combustió trobem:

• Completa: el combustible reacciona fins al seu grau màxim d'oxidació. Es consumeix el 100%.
• Incompleta: no s'arriba al grau màxim d'oxidació, queda combustible com a producte de la reacció.
• Estequiometrica o teorica: quan s'utilitza la quantitat exacta de comburent en relació a la quantitat
  de combustible disponible. Es consumeix el 100% de combustible i comburent.

4. Elements que componen el foc

Per tal que es produeixi la combustió calen tres elements (triangle del foc):

• Combustible: qualsevol material que pugui cremar o reaccionar amb el comburent i entrar en combustió.
• Comburent: substância capaç d'oxidar el combustible en una combustió, generalment és l'oxigen.
• Energia o font d'ignició o activació: energia mínima necessaria que s'ha de subministrar a un
  combustible perquè s'iniciï la combustió en presencia d'un comburent.

Pàgina 7