Humectantes y retardantes. Mecanismo de actuacion en el incendio.
Posted by Firestation en 28/09/2015
Fuente |
- Retardantes de corto plazo (generalmente los encontramos formando espumas o geles) debido a que su efecto dura poco tiempo y su eficacia desaparece al evaporarse el agua. Por tanto suelen usarse en ataque directo a las llamas.
- Retardantes de largo plazo, su efecto es más duradero porque afecta al proceso químico de combustión y no depende de la presencia de agua para mantener su eficacia, Por tanto suelen usarse en ataque indirecto como apoyo a lineas de control en incendios.
Pero ¿que ventajas tiene una espuma con respecto al agua si prácticamente son agua? Los retardantes de corto plazo son las denominadas «espumas» que se consiguen mediante la aplicación al agua de productos químicos que pueden denominarse espumógenos o humectantes (ambos son el mismo producto ya que sólo se diferencian en la dosis de concentrado añadido al agua) . Son productos tensoactivos cuyo objetivo es disminuir la tensión superficial del agua, esto es, adherirse lo mejor posible al combustible para que el agua impregne bien por capilaridad y se mantenga en contacto con el mismo ¿Cómo lo consigue? Existen sustancias químicas denominadas anfilílicas, esto es, tienen doble afinidad, polar-no polar. Esto les permite adherirse a las moléculas de agua por su enlace polar y orientarse hacia las zonas de interfase con aire en su zona apolar, formando burbujas.
Moléculas anfilílicas que en contacto con el aire se orientan formando burbujas |
Formación de una pompa de jabón, base química de una espuma humectante empleada en la lucha contra incendios Fuente
|
Por tanto el poder humectante de la espuma se debe al «anclaje» de las cadenas apolares sobre la superficie que se desea mojar, así se impide que el agua que se aplica sobre la vegetación forme gotas que resbalen sin adherirse, lo que anularía la eficacia del tratamiento. La formación de la película de espuma sobre la superficie es también una ventaja porque disminuye la disponibilidad de oxígeno superficial para producir llama. Pongamos un ejemplo sencillo. Si tras una dura jornada de trabajo (por ejemplo apagando un fuego) nos lavamos las manos sin jabón, necesitaremos gran cantidad de agua para desprender la suciedad. El jabón forma espuma y permite que penetre el agua en los poros de la piel, facilitando la limpieza de la suciedad con menor cantidad de agua (también es el principio activo de los detergentes para la ropa) . El efecto en la vegetación es similar, obligando además al fuego a consumir más energía para evaporar el agua disponible y permitiendo por tanto reducir el volumen necesario de agua para humectar la misma superficie.
Ejemplos de cómo la disminución de la tensión superficial le permite a la espuma adherirse mejor al combustible (fotos @J_Enfedaque) |
De entre la gran variedad de espumas usadas en la lucha contra incendios, las usadas en extinción de incendios forestales son del grupo denominado «espumas mecánicas» o «de aire» ya que es una solución de agua, espomógeno concentrado (tensoactivo) y aire. La forma de introducir el aire en la disolución se hace de manera mecánica, esto es, necesitamos algún tipo de dispositivo que introduzca aire en la mezcla ¿creéis que esto es complicado?
Si este tipo puede generar espuma y además hacerse un selfie, tú también puedes. Fuente
|
Expansor doméstico similar a los utilizados por los bomberos forestales Fuente |
Aplicación de espumas por medios terrestres Fuente |
Esquema (Fuente) y foto (@J_Enfedaque) de dispositivo profesional para aplicación de espumas
|
Fuente
|
Cerveza con espuma que empieza a romperse frente a una buena caña Fuente
|
La brigada helitransportada es apoyada por descargas de espumas. Fuente
|
La expansión y eficacia de las espumas en la lucha contra incendios se contrasta mediante sencillas pruebas de laboratorio al compararlas con el agua. En el protocolo desarrollado en el INIA se aplican espumas a diferente concentración y dosis a una muestra de acícula de pino situada sobre una mesa de quemas. Para forzar un poco los productos y simular condiciones de verano alguno de los ensayos se realizan tras el paso de la muestra tratada por una estufa a 42ºC durante 30 minutos y comprobar con ello la facilidad o dificultad para drenar en condiciones similares a las que se aplican en campo comparando su eficacia para detener el fuego respecto al agua.
Ensayos INIA de coeficiente de expansión y drenaje de espumas (arriba) y de eficacia de espumas (abajo). La gráfica muestra la eficacia de la espuma con respecto al agua (línea azul) |
Retardantes.
Celulosa (CHO)n + Oxigeno (O2) + calor —–> Agua (H2O)+Dióxido de carbono (CO2)+Energía
Por tanto hacen falta estos tres elementos para que exista combustión con llama: el conocido triángulo del fuego: celulosa (vegetación), oxígeno y calor ¿Podemos interrumpir esta reacción en cadena? Al hablar de los retardantes de corto plazo, ya explicamos que la estrategia de las espumas es humectar y enfriar, esto es, actuar sobre el «calor» y en menor medida dificultar la llegada de «oxígeno» al entorno del combustible mediante la generación de una capa de espuma con baja tensión superficial. Pero los retardantes de largo plazo son mucho más sutiles, no en vano llevan mucha ciencia y tecnología detrás, basados en la química de esta reacción de combustión.
Los retardantes de largo plazo más utilizados en la lucha contra incendios son los denominados Polifosfatos. Son sales muy similares a los fertilizantes usados en agricultura y se preparan generalmente con concentraciones de 1:5 en agua, esto es, 200 ml de producto por cada litro de agua. El rojo contrasta muy bien con el verde o el amarillo de la vegetación, por eso se tiñen de colores rojizos para poder ser visualizados por el piloto, el coordinador de medios aéreos, el director de extinción y los propios bomberos forestales. De esta manera se puede planificar y dar instrucciones precisas de las sucesivas descargas de la aeronaves durante la extinción de incendios. Todos los colorantes, viscosantes, anticorrosivos que presenten deben ser biodegradables e inocuos para el medio ambiente y la salud de los combatientes, para lo cual las empresas tienen especial cuidado en la elaboración de sus productos que deben pasar unas exigentes pruebas de verificación antes de su salida al mercado o para optar a concursos públicos.
Su eficacia es independiente de la presencia de agua porque su acción es directa sobre el componente «combustible forestal» de la reacción de combustión vegetal. Por tanto se suele usar en ataque indirecto, esto es, para crear lineas de control antes de que llegue el frente de llamas, disminuir la intensidad del fuego y de esta forma poder ser controlado por los bomberos forestales. Pero ¿cómo lo hace? Creo que en el esquema de la Figura 1 lo vais a entender bien.
Figura 1. Esquema del funcionamiento de un polifosfato amónico durante un incendio forestal Adaptado de Vicente Mans (2015) Apuntes Máster Fuego: Ciencia y Gestión Integral |
Siguiendo los elementos generados en las diferentes reacciones, podéis comprobar cómo la «magia» de la química hace que la reacción en cadena habitual de oxidación de la celulosa (a la derecha del esquema) se interrumpa sin más que «secuestrar» los grupos -OH que la componen. Efectivamente, la sal amónica se descompone en amoniaco gaseoso y ácido polifosfórico, que tiene una gran avidez por «apoderarse» de los grupos -OH de las cadenas de celulosa del material vegetal. La celulosa no puede oxidarse en presencia de calor con lo que ¡no puede producirse llama porque no hay triángulo del fuego! El resultado es la formación de otro ácido, el ortofosfórico, y un residuo de carbón que aparece de color «negruzco» en contraste con el color «grisáceo» de la ceniza. De esta manera la celulosa se consume pero ¡sin generar llama! y no emite energía significativa en su combustión, con lo que poco a poco se va extinguiendo el frente. Pero el retardante sigue teniendo escondido un as en la manga. En el caso de que siga existiendo emisión de energía procedente de vegetación que arde, el ácido ortofosfórico se vuelve a transformar en ácido polifosfórico repitiéndose el proceso, con lo que tenemos una reacción en cadena «a la inversa», esto es, en presencia de más calor el producto sigue siendo eficaz y termina por extinguir la llama, o al menos reducir mucho su intensidad.
El ensayo presentado es muy exigente ya que después de la aplicación del tratamiento con producto retardante a la acícula de pino, se introduce en estufa a 42ºC durante 90 minutos simulando condiciones de verano y es en ese momento cuando se procede al ensayo, eliminando por completo la acción humectante del agua (recordemos que la mezcla es un 80% agua). Pero si el producto es tan eficaz incluso sin agua ¿por qué no se detiene inmediatamente la combustión con llama y avanza unos centímetros, aunque con mucha menor intensidad? ¿Por qué a pesar de realizar descargas de retardantes con la aeronaves es necesaria la actuación de medios terrestres para sofocar definitivamente el fuego? La respuesta la podemos ver aquí:
Acícula de pino tratada con retardante de largo plazo y secada en estufa a 42ºC durante 90 minutos Fotografía: Laboratorio de incendios forestales del INIA |
En la fotografía se muestra la zona inferior de la capa de acículas tratadas, la que estaría más cercana al suelo en condiciones de campo. Podéis apreciar que el color rojizo del retardante no está perfectamente repartido, hay parte de las acículas poco impregnadas. Este es el punto débil de los retardantes de la largo plazo: que siga la reacción en cadena de combustión con llama en aquellas zonas no recubiertas de polifosfato amónico (parte derecha del esquema de la figura 1) y que por tanto la eficacia del retardante se vea limitada por la presencia de material no tratado que continúa ardiendo. En este reportaje del USDA Forest Service se compara el comportamiento de una capa de acículas sin tratar respecto a una tratada: el retardante disminuye mucho la velocidad de propagación y la altura de llama media aunque no es infalible, puesto que la parte inferior de la hojarasca sin tratar termina por arder.
Sorry, the comment form is closed at this time.