Durante más de un siglo, las explosiones de humo se han documentado en la literatura de investigación sobre incendios. Sin embargo, incluso con esta larga historia, las explosiones de humo han recibido muy poca atención en la comunidad de investigación de incendios. Los pocos artículos de revisión sobre explosiones inexplicables (eventos de sobrepresión) han adoptado los nombres convencionales de explosiones de humo, contracorriente, explosiones de humo de gas o progresión rápida del fuego. La evidencia anecdótica de los bomberos ha mostrado una serie de eventos de sobrepresión que no se pueden explicar como una fuga de gas o una ignición de líquidos inflamables. En este estudio, los experimentos se llevaron a cabo en un compartimiento forrado de madera contrachapada con una cuna de madera como fuente de fuego sostenido y fuente de ignición. El compartimiento tenía un solo respiradero que estaba abierto durante todo el tiempo. Después de un largo período de combustión, las llamas se desprendieron de la cuna, recorrieron el apartamento y finalmente se autoextinguieron. Algún tiempo después de que las llamas se autoextinguieran, el compartimiento estalló en llamas que culminaron en una gran llama horizontal que se proyectaba a más de 2 m de la abertura de ventilación. En este estudio, se ha identificado un ciclo consistente que conduce a un evento de sobrepresión. Se crearon un total de 29 eventos de sobrepresión en 13 experimentos, y muchos experimentos experimentaron múltiples eventos de sobrepresión. Durante los experimentos se registraron las especies de gas, las temperaturas de los compartimentos, las velocidades de ventilación y la presión de los compartimentos. Se informan las condiciones en el compartimiento inmediatamente antes del evento de sobrepresión. Habiendo demostrado que un evento de sobrepresión dentro de un compartimiento combustible puede reproducirse, se recomienda realizar investigaciones futuras para cuantificar mejor las condiciones que conducen a un evento de sobrepresión.
INTRODUCCIÓN
Una revisión de la literatura del servicio de bomberos muestra que ya en 1914 Steward [1] eventos de sobrepresión (overpressure events OPE) identificados en incendios accidentales de estructuras / accidental structure fires. La explicación de Steward para una explosión en un compartimiento lleno de humo fue la combustión incompleta de material celulósico que produce partículas de carbono y gases presentes en el humo de manera similar a las explosiones de polvo. Steward se refirió a tales eventos como explosiones de humo, pero señaló que tales eventos también se denominaron "corrientes de aire" o "explosiones de aire caliente". Revisiones posteriores de Croft [2] y más tarde por Chitty [3] se centró en incidentes de incendio que involucraron explosiones inexplicables que resultaron en lesiones y muertes de bomberos.
Los incidentes en los que la explosión podía explicarse fácilmente, como los incendios abiertos en plantas químicas, no se incluyeron en las revisiones. En el estudio de Croft, los incendios que involucran tales explosiones se denominan corrientes de aire, explosiones de humo o explosiones de aire caliente. Croft revisó 2700 diarios de incendios de 1907 a 1976 en los que identificó 127 incendios en los que los bomberos fueron sometidos a explosiones. La revisión abarcó principalmente los EE. UU. y el Reino Unido y se limitó a incidentes en los que había suficiente información reportada en los diarios de incendios para su inclusión en la revisión y el análisis. Los incendios se dividieron en tres categorías de incendios con explosiones: fuego latente, incendios en desarrollo e incendios en desarrollo con explosiones secundarias. Hubo 52 incendios latentes que resultaron en 30 muertes y 86 heridos. En el 74% de los incendios latentes que involucraron explosiones, se identificaron combustibles celulósicos como el material causante de la explosión. Este hallazgo demuestra claramente la importancia de los combustibles celulósicos en estas explosiones poco conocidas.
La revisión más reciente sobre las muertes en el servicio de bomberos de EE. UU., 2009-2018, realizada por Fahy [4], mostró que hubo 101 muertes de bomberos donde los bomberos estaban operando dentro y sobre la estructura. De estas muertes, 20 bomberos fueron atrapados o atrapados por la "progresión del fuego" que incluye corriente de aire, descarga eléctrica y explosiones. Desgraciadamente, no es posible afinar aún más el término "avances en materia de incendios". A raíz de estas muertes, Fahy enfatizó la importancia de que los bomberos entiendan estos fenómenos:
Los bomberos deben reconocer las señales de peligro (incendios en sótanos y áticos que indican la posibilidad de un colapso estructural, humo caliente y llamas en el techo que indican una posible descarga eléctrica, y humo denso y sucio que se abre paso a través de las grietas de las paredes y en los aleros que indican una posible corriente de aire, etc.) y respetarlas.
Desafortunadamente, en muchas publicaciones de los servicios de bomberos, las corrientes de aire y las explosiones de humo se utilizan como sinónimos. Esto incluye la norma preeminente sobre investigación de incendios, NFPA 921, que define una explosión de humo remitiendo al lector a la definición de contracorriente [5]. El uso de los términos contracorriente y explosión de humo en el servicio de bomberos también se han mezclado.
Investigaciones anteriores han intentado definir la diferencia entre las explosiones de contracorriente y las explosiones de humo, donde la característica definitoria es un cambio en las condiciones de ventilación [6]. La mayor parte de la investigación sobre las corrientes de aire se ha centrado en el escenario de un incendio dentro de una habitación cerrada donde el fuego está severamente limitado por la ventilación, lo que provoca la producción de grandes cantidades de pirolizados en exceso (combustible no quemado). Cuando se dispone de un respiradero, como cuando un bombero abre una puerta, entra aire frío y rico en oxígeno en el compartimento, al tiempo que permite que los gases calientes (ricos en combustible) salgan del compartimento. Esto da como resultado un flujo de intercambio impulsado por la flotabilidad, denominado corriente de gravedad, que mezcla los gases ricos en combustible con el aire rico en oxígeno. Si esta mezcla de gases está dentro del rango inflamable y hay una fuente de ignición presente, se produce una corriente de retroceso, que a menudo culmina en una gran bola de fuego fuera del compartimiento de incendios. La gravitación de la corriente puede ser problemática para los bomberos, ya que puede permitirles ingresar al compartimiento poco antes de la ignición del evento. Investigaciones posteriores han confirmado el retardo de tiempo causado por la gravitación de corriente y han confirmado el escenario experimentalmente utilizando diferentes combustibles [7–13]. En estos estudios, los investigadores se han basado en una sola fuente de fuego en un compartimiento no combustible. A diferencia de las corrientes de aire, se cree que las explosiones de humo se producen sin ningún cambio en la ventilación, cuando un incendio en una habitación cerrada simplemente estalla con fuerza explosiva. Investigaciones anteriores sobre explosiones de humo se han centrado en incendios en compartimentos no inflamables con pequeñas aberturas de ventilación y una cuna de madera como única fuente de combustible [14–16]. En estos experimentos, el fuego comienza como un fuego llameante inicial que se convierte en un fuego llameante separado que viaja alrededor del compartimento antes de que la llama se autoextinga y la cuna entre en una fase de combustión lenta. El fuego puede oscilar entre los estados de llamas y llamas antes de estallar en una explosión de humo, descargando llamas fuera de las rejillas de ventilación. En algunos experimentos, pueden producirse múltiples explosiones de humo en un experimento de 1 a 2h. Dada la disponibilidad cada vez mayor de dispositivos de grabación de vídeo, cada vez se documentan informalmente más eventos de sobrepresión (OPE). La pregunta más común sobre estos eventos captados por la cámara es: ¿se trató de una corriente de aire o de una explosión de humo?
El 13 de diciembre de 2018, el FDNY respondió a un incendio que involucró a varias tiendas que formaban parte de un edificio que ocupaba un lado de una cuadra de la ciudad. Las operaciones de extinción de incendios habían estado en marcha durante más de 45 minutos. Las puertas y algunas ventanas a nivel de la calle estaban abiertas, partes del techo estaban ventiladas y se aplicaba agua a múltiples áreas del edificio. El humo salía de las rejillas de ventilación del techo, las puertas abiertas y las ventanas. Sin ningún cambio identificable en la ventilación, el humo y las llamas salieron repentinamente de las rejillas de ventilación del edificio. Todo el OPE duró menos de 5 s. Los bomberos que se encontraban junto a las aberturas a nivel de la calle fueron derribados y los bomberos en el techo informaron que sintieron que el techo se levantaba. La sobrepresión no causó ningún daño notable al edificio y no se volaron vidrios, ni se desplazaron paredes.
El 8 de mayo de 2019, el Departamento de Bomberos de la ciudad de Troy (NY) fue enviado a un incendio en una bolera. Las personas que llamaron en el incidente indicaron que salía humo negro del techo y las ventanas del edificio. Poco después de su llegada, el centro del edificio se vio envuelto en un incendio desde el nivel del piso y se ventiló a través del techo. El humo llegaba hasta las puertas abiertas a nivel de la calle y no había visibilidad en la planta baja. Los bomberos fueron sacados del edificio justo antes de la OPE que comenzó con humo de alta velocidad que salió de las puertas a nivel de la calle y se extendió horizontalmente de 10 a 15 m (30 a 50 pies) fuera del edificio. Esta fase de la sobrepresión duró aproximadamente 20 s antes de que estallara una ventana en el piso superior y un chorro turbulento de humo negro de alta velocidad saliera volando por la ventana durante aproximadamente 12 s antes de encenderse en una llama de chorro horizontal. Las llamas también salían de la puerta a nivel del suelo. La sobrepresión detrás de las llamas del chorro duró aproximadamente 30 s. Después de la OPE, una llama flotante fluyó por el edificio antes de ser arrastrada por el viento a través del techo del edificio. El impulso horizontal de la llama fue reemplazado por un penacho flotante. El 5 de octubre de 2021, en Portland, Oregón, el departamento de bomberos respondió a un incendio que involucró a una serie de tiendas y restaurantes. El edificio, del tamaño de una manzana, fue originalmente un taller de automóviles, antes de ser subdividido. Cuando llegaron los bomberos, el fuego ya había quemado el techo del negocio donde comenzó el incendio, y se estaba extendiendo a las otras tiendas y restaurantes. Se puso en marcha una corriente maestra. El fuego se había extendido a la parte trasera del restaurante, en la esquina del edificio opuesto a la zona de origen. El techo de este restaurante estaba muy intacto. Un humo de color claro salía de muchas zonas del edificio justo antes de que se produjera humo a presión, seguido de llamas, empujadas desde la parte trasera del restaurante hacia fuera, desde la puerta principal y horizontalmente hacia la calle. Dos bomberos que se encontraban frente al restaurante fueron derribados. El OPE duró menos de 10 s.
Entre abril de 2021 y abril de 2023, ocurrieron varios incendios residenciales donde el fuego se había extendido al espacio del ático. En un caso, los bomberos estaban ventilando el techo cuando ocurrió la OPE enviando chorros de calor y humo a través del techo, bajando a través de la casa y saliendo por las puertas del primer piso. En otros casos, los bomberos no habían ventilado ni cambiado las condiciones de ventilación cuando se produjo la OPE. Con respecto a la pregunta de "¿cómo deben llamarse estos incidentes?", los incidentes generaron una sobrepresión que fue suficiente para derribar a los bomberos, pero no necesariamente causar daños estructurales y muchas veces ni siquiera rompieron el vidrio. Los frentes de llamas desarrollados en estos incidentes duraron unos pocos segundos y fueron aparentemente mucho más lentos que una deflagración clásica a través de una mezcla de aire inflamable.
Todos estos incidentes compartían algunas características comunes:
- El fuego estuvo ardiendo durante decenas de minutos en un espacio vacío.
- Los espacios vacíos contenían cantidades significativas de combustible con grandes superficies expuestas de madera (combustible).
- Los huecos estaban llenos de humo y pirolizados.
- En la mayoría de los incidentes, no hubo cambios aparentes en las condiciones de ventilación de los espacios vacíos.
Este artíc*** no intenta encajar estos eventos en las descripciones existentes para la corriente de aire, la explosión de humo, la explosión de aire caliente, etc. En el contexto de este artíc***, los eventos se denominan simplemente eventos de sobrepresión (OPE) descritos como la expulsión rápida de productos de combustión de un edificio seguida inmediatamente por llamas que no pueden explicarse por la liberación accidental de gases inflamables o la ignición de líquidos inflamables.
Con base en la revisión de los OPE que ocurrieron en el campo, en esta investigación se realizaron una serie de experimentos en un compartimiento de madera contrachapada diseñado para replicar las características comunes presentadas anteriormente. El objetivo de esta investigación es mejorar la comprensión de las condiciones que conducen a un OPE en un departamento combustible con una pequeña cuna de madera como fuente de ignición y un incendio establecido a partir de un solo elemento. Investigaciones anteriores han investigado el impacto del diseño de la cuna en las explosiones de humo [17], pero en este proyecto, el diseño de la cuna fue fijo. También es exclusivo de esta investigación el uso de un único respiradero rectangular en una de las paredes. El respiradero rectangular es grande en comparación con los estudios anteriores, pero la gran superficie inflamable en relación con el respiradero garantizó que el incendio tuviera una ventilación muy limitada. No se realizó ningún cambio en la abertura de ventilación durante los experimentos. El objetivo principal de esta investigación es crear consistentemente Exploring Overpressure Events in Compartment Fires 1871 un OPE en un compartimiento inflamable para que las investigaciones futuras puedan investigar cómo identificar de manera confiable el potencial de un OPE y desarrollar estrategias de mitigación para prevenir que ocurran tales eventos.
EXPLORING OVERPRESSURE EVENTS IN COMPARTMENT FIRES 2024
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EXPLORANDO EVENTOS DE SOBREPRESIÓN EN INCENDIOS DE COMPARTIMENTOS 2024
