Humo
La composición del humo depende de la naturaleza del combustible en combustión y de las condiciones de combustión. Los incendios con alta disponibilidad de oxígeno arden a alta temperatura y con una pequeña cantidad de humo producido; las partículas están compuestas principalmente de cenizas, o con grandes diferencias de temperatura, de aerosol condensado de agua. La alta temperatura también conduce a la producción de óxidos de nitrógeno. El contenido de azufre produce dióxido de azufre, o en caso de combustión incompleta, sulfuro de hidrógeno. El carbono y el hidrógeno se oxidan casi por completo a dióxido de carbono y agua. Los incendios que arden con falta de oxígeno producen una gama de compuestos significativamente más amplia, muchos de ellos tóxicos. La oxidación parcial del carbono produce monóxido de carbono, mientras que los materiales que contienen nitrógeno pueden producir cianuro de hidrógeno, amoníaco y óxidos de nitrógeno. Se puede producir gas de hidrógeno en lugar de agua. El contenido de halógenos como el cloro (por ejemplo, en cloruro de polivinilo o pirorretardantes bromados) puede dar lugar a la producción de cloruro de hidrógeno, fosgeno, dioxina, clorometano, bromometano y otros halocarburos. El fluoruro de hidrógeno se puede formar a partir de fluorocarbonos, ya sean fluoropolímeros sometidos al fuego o agentes antiincendios de halocarbono. Los óxidos de fósforo y antimonio y sus productos de reacción se pueden formar a partir de algunos aditivos ignífugos, lo que aumenta la toxicidad del humo y la corrosividad. La pirólisis de bifenilos policlorados (PCB), por ejemplo, a partir de la quema de aceite de transformador más antiguo, y en menor grado también de otros materiales que contienen cloro, puede producir 2,3,7,8-tetraclorodibenzodioxina, un potente carcinógeno, y otras dibenzodioxinas policloradas. Pirólisis de fluoropolímeros, p. ej. el teflón, en presencia de oxígeno, produce fluoruro de carbonilo (que se hidroliza fácilmente a HF y CO2); también se pueden formar otros compuestos, por ejemplo, tetrafluoruro de carbono, hexafluoropropileno y perfluoroisobuteno altamente tóxico (PFIB).
La pirólisis del material en combustión, especialmente la combustión incompleta o la combustión sin suministro adecuado de oxígeno, también da lugar a la producción de una gran cantidad de hidrocarburos, tanto alifáticos (metano, etano, etileno, acetileno) como aromáticos (benceno y sus derivados, hidrocarburos aromáticos policíclicos; por ejemplo, benzopireno, estudiado como carcinógeno o retene), terpenos. También produce la emisión de una serie de compuestos orgánicos volátiles oxigenados más pequeños (metanol, ácido acético, hidroxacetona, acetato de metilo y formiato de etilo) que se forman como productos de combustión, así como especies orgánicas oxigenadas menos volátiles, como fenólicos, furanos y furanonas. También pueden estar presentes compuestos heterocíclicos. Los hidrocarburos más pesados pueden condensarse en forma de alquitrán; el humo con un contenido significativo de alquitrán es de color amarillo a marrón. La combustión de combustibles sólidos puede dar lugar a la emisión de cientos a miles de compuestos orgánicos de menor volatilidad en la fase de aerosol. La presencia de este tipo de humo, hollín y/o depósitos aceitosos marrones durante un incendio indica una posible situación peligrosa, ya que la atmósfera puede estar saturada con productos de pirólisis combustibles con una concentración por encima del límite superior de inflamabilidad, y la irrupción repentina de aire puede causar una descarga repentina o una descarga trasera.
La presencia de azufre puede conducir a la formación de, por ejemplo, sulfuro de hidrógeno, sulfuro de carbonilo, dióxido de azufre, disulfuro de carbono y tioles; especialmente los tioles tienden a adsorberse en las superficies y producen un olor persistente incluso mucho después del incendio. La oxidación parcial de los hidrocarburos liberados produce una amplia gama de otros compuestos: aldehídos (por ejemplo, formaldehído, acroleína y furfural), cetonas, alcoholes (a menudo aromáticos, por ejemplo, fenol, guayacol, siringol, catecol y cresoles), ácidos carboxílicos (ácido fórmico, ácido acético, etc.).
La materia particulada visible en tales humos se compone más comúnmente de carbono (hollín). Otras partículas pueden estar compuestas de gotas de alquitrán condensado o partículas sólidas de ceniza. La presencia de metales en el combustible produce partículas de óxidos metálicos. También se pueden formar partículas de sales inorgánicas, p. ej. sulfato de amonio, nitrato de amonio o cloruro de sodio. Las sales inorgánicas presentes en la superficie de las partículas de hollín pueden hacerlas hidrofílicas. Muchos compuestos orgánicos, típicamente los hidrocarburos aromáticos, también pueden ser adsorbidos en la superficie de las partículas sólidas. Los óxidos metálicos pueden estar presentes cuando se queman combustibles que contienen metales, por ejemplo, combustibles sólidos para cohetes que contienen aluminio. Los proyectiles de uranio empobrecido que impactan en el blanco se inflaman, produciendo partículas de óxidos de uranio. Partículas magnéticas, esferulas de óxido férrico ferroso similar a la magnetita, están presentes en el humo del carbón; su aumento de depósitos después de 1860 marca el comienzo de la Revolución Industrial. (También se pueden producir nanopartículas magnéticas de óxido de hierro en el humo de meteoritos que arden en la atmósfera. La remanencia magnética, registrada en las partículas de óxido de hierro, indica la fuerza del campo magnético de la Tierra cuando se enfriaron más allá de su temperatura Curie; esto se puede usar para distinguir partículas magnéticas de origen terrestre y meteórico. Las cenizas volantes se componen principalmente de sílice y óxido de calcio. Las cenosferas están presentes en el humo de los combustibles de hidrocarburos líquidos. Las partículas de metal diminutas producidas por la abrasión pueden estar presentes en los humos del motor. Las partículas amorfas de sílice están presentes en los humos de las siliconas quemadas; se puede formar una pequeña proporción de partículas de nitruro de silicio en incendios con oxígeno insuficiente. Las partículas de sílice tienen un tamaño de aproximadamente 10 nm, agrupadas a agregados de 70-100 nm y luego aglomeradas en cadenas. Las partículas radiactivas pueden estar presentes debido a rastros de uranio, torio u otros radionucleidos en el combustible; las partículas calientes pueden estar presentes en caso de incendios durante accidentes nucleares (por ejemplo, el desastre de Chernobyl) o una guerra nuclear.
Las partículas de humo, al igual que otros aerosoles, se clasifican en tres modos según el tamaño de las partículas:
- modo de núcleos, con un radio medio geométrico entre 2,5 y 20 nm, que probablemente se forman por condensación de fracciones de carbono.
- modo de acumulación, que varía entre 75-250 nm y se forma por coagulación de partículas en modo núcleo
- modo grueso, con partículas en rango de micrómetros
La mayor parte del material de humo se encuentra principalmente en partículas gruesas. Estos se someten a una rápida precipitación seca, y el daño causado por el humo en áreas más distantes fuera de la habitación donde se produce el fuego, por lo tanto, está mediado principalmente por las partículas más pequeñas.
El aerosol de partículas más allá del tamaño visible es un indicador temprano de materiales en una etapa de preignición de un incendio.
La quema de combustible rico en hidrógeno produce agua; esto da como resultado gotas de vapor de agua que contienen humo. En ausencia de otras fuentes de color (óxidos de nitrógeno, partículas…), tal humo es blanco y como una nube.
Las emisiones de humo pueden contener oligoelementos característicos. El vanadio está presente en las emisiones de las centrales eléctricas y refinerías alimentadas con petróleo; las plantas de petróleo también emiten algo de níquel. La combustión de carbón produce emisiones que contienen aluminio, arsénico, cromo, cobalto, cobre, hierro, mercurio, selenio y uranio.
Trazas de vanadio en productos de combustión a alta temperatura forman gotitas de vanadatos fundidos. Estos atacan las capas de pasivación de los metales y causan corrosión a altas temperaturas, que es una preocupación especialmente para los motores de combustión interna. El sulfato fundido y las partículas de plomo también tienen ese efecto.
Algunos componentes del humo son característicos de la fuente de combustión. El guayacol y sus derivados son productos de la pirólisis de la lignina y son característicos del humo de la madera; otros marcadores son siringol y derivados, y otros metoxi fenoles. Retene, un producto de la pirólisis de árboles de coníferas, es un indicador de incendios forestales. El levoglucosano es un producto de pirólisis de la celulosa. Los humos de madera dura frente a madera blanda difieren en la proporción de guayacoles / siringoles. Los marcadores para gases de escape de vehículos incluyen hidrocarburos aromáticos policíclicos, hopanos, esteranos y nitroarenos específicos (por ejemplo, 1-nitropireno). La relación de hopanos y esteranos con carbono elemental se puede usar para distinguir entre las emisiones de motores de gasolina y diesel.
Muchos compuestos pueden asociarse con partículas, ya sea por adsorción en sus superficies o por disolución en gotas líquidas. El cloruro de hidrógeno se absorbe bien en las partículas de hollín.
Las partículas inertes pueden ser perturbadas y arrastradas al humo. Son especialmente preocupantes las partículas de amianto.
Partículas calientes depositadas de lluvia radiactiva y radioisótopos bioacumulados pueden reintroducirse en la atmósfera por incendios forestales y forestales; esto es motivo de preocupación, por ejemplo, en la Zona de alienación que contiene contaminantes del desastre de Chernobyl.
Los polímeros son una fuente importante de humo. Los grupos secundarios aromáticos, por ejemplo en poliestireno, mejoran la generación de humo. Los grupos aromáticos integrados en la columna vertebral del polímero producen menos humo, probablemente debido a la carbonización significativa. Los polímeros alifáticos tienden a generar menos humo y no son autoextinguibles. Sin embargo, la presencia de aditivos puede aumentar significativamente la formación de humo. Los retardantes de llama a base de fósforo y halógenos disminuyen la producción de humo. Un mayor grado de reticulación entre las cadenas de polímeros también tiene ese efecto.
las Visibles y las invisibles partículas de combustionEdit
El ojo desnudo detecta tamaños de partículas superiores a 7 µm (micrómetros). Las partículas visibles emitidas por un incendio se denominan humo. Las partículas invisibles generalmente se conocen como gases o humos. Esto se ilustra mejor al tostar pan en una tostadora. A medida que el pan se calienta, los productos de la combustión aumentan de tamaño. Los humos producidos inicialmente son invisibles, pero se hacen visibles si la tostada se quema.
Un detector de humo de tipo cámara de ionización es técnicamente un producto del detector de combustión, no un detector de humo. Los detectores de humo de tipo cámara de ionización detectan partículas de combustión que son invisibles a simple vista. Esto explica por qué con frecuencia pueden dar falsas alarmas por los humos emitidos por los elementos calefactores al rojo vivo de una tostadora, antes de la presencia de humo visible, pero pueden no activarse en la etapa inicial de fuego a baja temperatura.
El humo de un incendio doméstico típico contiene cientos de productos químicos y humos diferentes. Como resultado, el daño causado por el humo a menudo puede exceder el causado por el calor real del fuego. Además del daño físico causado por el humo de un incendio, que se manifiesta en forma de manchas, a menudo es aún más difícil eliminar el problema de un olor a humo. Así como hay contratistas que se especializan en reconstruir/reparar casas que han sido dañadas por el fuego y el humo, las compañías de restauración de telas se especializan en restaurar telas que han sido dañadas en un incendio.
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