UNIDAD 2

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UNIDAD II: CATEDRA QUIMICA BALISTICA. 
 
Definición de Fuego: 
Se puede definir el fuego como una combustión caracterizada por la emisión 
de calor, humo y llamas. 
Definición de combustión: 
Se define la combustión como una reacción química exotérmica de oxidación en 
la que se combina un elemento que arde (combustible) y otro que produce la 
combustión (comburente)–generalmente el oxígeno en forma de O2 gaseoso– y en 
la que se desprende calor (exotérmica), luz, humo y gases. 
 
 
Procesos de óxido-reducción. 
Las reacciones redox o reacciones de óxido-reducción son aquellas en las que hay 
movimiento de electrones desde una sustancia que cede electrones (reductor) a 
una sustancia que capta electrones (oxidante). 
La sustancia que cede electrones se oxida, la que los gana se reduce. 
La oxidación es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico cede 
electrones, lo que se traduce en un aumento de su índice de oxidación. 
La reducción es el proceso mediante el cual un determinado elemento químico 
capta electrones, lo que se traduce en una disminución de su índice de oxidación. 
 
La especie química que, al reaccionar, se oxida reduce a la sustancia con la que 
reacciona porque le cede electrones, y se denomina agente reductor. 
La molécula o elemento químico que, al reaccionar, se reduce oxida a la sustancia 
con la que reacciona porque le quita electrones, y se denomina agente oxidante. 
El fuego es una combustión en la que intervienen un oxidante y un reductor; 
el oxidante es el comburente y el reductor es el combustible. 
 
 
 
 
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Los tipos más frecuentes de combustible son las materias orgánicas cuyas 
estructuras contienen principalmente carbono e hidrógeno. 
En una reacción completa (Combustión Ideal) todos los elementos que forman el 
combustible se oxidan completamente. 
 
Los productos que se forman son el monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono 
(CO2), el agua, el dióxido de azufre (SO2) (sólo si el combustible contiene azufre) y 
en ocasiones, N2 y óxidos de nitrógeno (NOx) (si el combustible contiene el elemento 
nitrógeno). La naturaleza de los productos gaseosos será función directa de la 
temperatura, la presión y la cantidad de oxígeno en la reacción (balance de 
oxígeno). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Téngase en cuenta que estas dos ecuaciones resumen las reacciones de 
combustión en una atmósfera con déficit de oxígeno para los dos elementos 
combustibles más comunes que son los elementos Carbono e Hidrógeno. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Proceso de deflagración de la pólvora 
Sustancia + O2 CO2 + H2O + ENERGIA 
 
SI LAS REACCION DE oxidación serian del tipo completa o ideal todos sus 
reactivos son oxidados completamente obteniendo productos gaseosos. 
En el proceso de deflagración de la pólvora, podemos distinguir los residuos de 
disparo (objeto de análisis) en virtud que la reacción es incompleta, ya sea por 
factores como: 
 No existe la suficiente cantidad de Oxigeno (déficit de oxigeno) 
 También existe una cuestión muy importante y singular en los disparos de 
arma de fuego y es precisamente el tiempo de la reacción tanto de 
detonación como deflagración, que como son tan breves que el tiempo no 
alcanza para que todos los elementos que reaccionan, lo hagan de manera 
completa, obteniendo la siguiente reacción 
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Sustancia + O2 CO2 + H2O + C + ENERGIA 
 
 
 
 
Aquí podemos concluir que los residuos que encontremos, estarán relacionados con 
esta oxidación del tipo incompleta. 
En la reacción vemos átomos de Carbono (s) sin reaccionar (ósea que se 
encuentran sin reaccionar con el oxígeno) 
El carbono en estado sólido es el representante fundamental del ahumamiento, ya 
que son partículas finamente divididas suspendidas en el aire. 
 
En la siguiente imagen observamos un ahumamiento sobre una tela de color 
blanco, producto de un disparo de 
arma de fuego, de puño tipo 
pistola calibre 9mm marca 
DGFM, con una “distancia de 
contacto” (pruebas realizadas en 
el Laboratorio de la Policía de 
Entre Ríos, División Química 
Forense y Toxicología”) 
 
 
 
 
 
 
 
Átomos de C SIN 
REACCIONAR (sólido) 
g g 
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EL TRIANGULO Y EL TETRAEDRO DE FUEGO 
 
 
El triángulo y el tetraedro del fuego 
son dos conceptos fundamentales 
para comprender el fuego, más 
concretamente, cómo se produce y 
cómo se expande. 
El triángulo del fuego representa 
los elementos que se necesitan para 
que se produzca la combustión. Estos 
son combustible, comburente (un 
agente oxidante como el oxígeno) y 
energía de activación (calor). 
 
 
A - Combustible: Es cualquier sustancia capaz de arder en 
determinadas condiciones. Cualquier materia que pueda arder o sufrir 
una rápida oxidación. 
Los combustibles se clasifican teniendo en cuenta su estado de 
agregación en sólidos, líquidos y gaseosos. Un ejemplo de 
combustible sólido es el carbón o la madera. Un ejemplo de combustible 
líquido es el gasóleo (gasoil), y de combustibles gaseosos, el propano 
y el gas natural. 
Los combustibles fósiles son aquellos que provienen de restos 
orgánicos vegetales y animales y se extraen de la naturaleza. Un 
ejemplo es el petróleo, que, si bien es un combustible, no se utiliza 
directamente como tal, sino como excelente materia prima de muchos 
combustibles, como el kerosene o las naftas. 
 
Es importante hacer notar que el combustible sólo reacciona con el 
oxígeno del aire. 
https://es.wikipedia.org/wiki/Tri%C3%A1ngulo_del_fuego
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Como ya hemos visto, la composición del aire es 20.99% de O2, 78.03% 
de N2, 0.94% de Ar (argón), 0.03% de CO2 y 0.01% de H2. 
Debido a que ni el N2 ni el Ar reaccionan durante la combustión, se los 
suele agrupar considerando que el aire está formado por 21% de O2 y 
79% de N2. Por lo tanto, el N2 pasará íntegramente a los humos. 
Se puede dar el caso en que el combustible esté formado por una 
mezcla de sustancias entre las cuales hay una o más que no reaccionan 
con el O2, por ejemplo SO2. En este caso, estas sustancias también 
pasarán en forma completa a los humos. 
Otro caso en que parte de algún reactivo pasa al producto es cuando 
hay más aire del que se necesita para la combustión; el O2 que no se 
utiliza en la reacción formará parte de los humos. Se habla entonces de 
reacciones con exceso de aire. 
Por último, es útil indicar que los humos pueden contener parte del 
combustible que no haya reaccionado y sustancias con un grado de 
oxidación incompleto, como el CO. Cuando el O2 que se necesita para 
la reacción no es suficiente, se habla de reacciones con defecto de aire. 
En la Tabla I.1 se indican las sustancias más comunes que se pueden 
encontrar en los humos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Las propiedades más importantes que caracterizan a los combustibles 
son: 
1.- Composición. 
2.- Poder calorífico. 
3.- Viscosidad. 
4.- Densidad. 
5.- Punto de inflamabilidad y Límite de inflamabilidad. 
6.-Temperatura de combustión. 
7.- Contenido de azufre. 
 
1.- Composición: 
 La composición de un combustible es fundamental para poder 
determinar los parámetros estequiométricos característicos de la 
reacción de combustión. 
Además, establece si el mismo es apto o no para el uso que se requiere, 
en función de la presencia de componentes que puedan ser nocivos o 
contaminantes. 
La forma habitual de indicar la composición de un gas es como 
porcentaje en volumen de cada uno de sus componentes, en 
condiciones normales de temperatura y presión. 
 
 
 
 
 
 
 
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2.- Poder calorífico: 
El poder calorífico de un combustible es la cantidad de energía (CALOR) 
desprendida en la reacción de combustión, referida a la unidad de masa 
de combustible. 
Generalmente se mide en mega calorías por kilogramo decombustible 
(Mcal/kg). Ejemplos: La madera posee un poder calorífico de 4 Mcal/kg 
y el propano de 11 Mcal/kg. A mayor poder calorífico del combustible 
mayor será la temperatura de los materiales provocando la propagación 
del fuego. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.- Viscosidad: 
La viscosidad es una propiedad intensiva (no depende de la cantidad 
de muestra que se tome para su estudio) que tiene importancia para 
combustibles líquidos. Su determinación se hace en forma 
experimental. 
 
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4.- Densidad: 
La densidad es otra propiedad intensiva que se determina 
experimentalmente. En el caso de combustibles gaseosos se utilizan 
tanto la densidad absoluta (kg/m3) como la relativa al aire 
(adimensional), definida como: 
 
 
 
 
 
 
 
 
ρ = densidad absoluta del gas 
ρa = densidad absoluta del aire. 
 
Ambas densidades medidas en las mismas condiciones de temperatura 
y presión. 
La densidad relativa tiene mucha importancia por el hecho de que 
determina, por ejemplo, si el gas se acumula en el techo o en el suelo, 
en caso de una fuga en un ambiente cerrado. 
La densidad absoluta del aire, en condiciones normales (0ºC y 1atm), 
es de ρa = 1.287 kg/m3. 
En la Tabla I.5 se muestran valores medios orientativos de las 
densidades de los principales combustibles gaseosos. 
 
 
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5.- Punto de inflamabilidad 
El punto de inflamabilidad o punto de destello es el conjunto de 
condiciones de presión, temperatura, mezcla de gases en que una 
sustancia combustible/inflamable, normalmente un líquido, produce 
suficientes vapores que, al mezclarse con el aire, se inflamarían al 
aplicar una fuente de calor (llamada fuente de ignición) 
 
La inflamabilidad se define como: 
 
 
 
 
 
 
Factores que influyen en la ignición 
Todos los combustibles que arden con llama, entran en combustión en fase 
gaseosa. Cuando el combustible es sólido o líquido, es necesario un aporte 
previo de energía para llevarlo al estado gaseoso. 
La peligrosidad de un combustible respecto a su ignición va a depender de dos 
variables principales: 
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I.- Según sus niveles de temperatura: 
Todas las materias combustibles presentan 3 niveles de temperatura 
característicos que se definen a continuación: 
 
Punto de Ignición: 
Es aquella temperatura mínima a la cual el combustible emite 
suficientes vapores que, en presencia de aire u otro comburente, se 
inflaman en contacto con una fuente de ignición, pero si se retira se 
apaga. 
 
Punto de inflamación: Es aquella temperatura mínima a la cual el 
combustible emite suficientes vapores que en presencia de aire u otro 
comburente y en contacto con una fuente de ignición se inflama y siguen 
ardiendo, aunque se retire la fuente de ignición. Esta temperatura es 
superior a la de Ignición. 
 
Punto de autoinflamación: Es aquella temperatura mínima a la cual 
un combustible emite vapores, que en presencia de aire u otro 
comburente, comienzan a arder sin necesidad de aporte de una fuente 
de ignición. Es la temperatura más alta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
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II.- Según su concentración de combustible 
Para que sea posible la ignición, debe existir una concentración de 
combustible suficiente en una atmósfera oxidante dada. Pero no todas 
las mezclas combustible-comburente son susceptibles de entrar en 
combustión, sino que solamente reaccionarán algunas mezclas de 
concentración determinada. 
Se definen los LÍMITES DE INFLAMABILIDAD 
como los límites extremos de concentración de un combustible dentro 
de un medio oxidante en cuyo seno puede producirse una combustión. 
Esta propiedad se aplica a combustibles gaseosos. Establece la 
proporción de gas y aire necesaria para que se produzca la combustión, 
mediante un límite inferior y uno superior. Los gases más inflamables 
son el H2 y el C2H2 (acetileno). 
 
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Límite superior de inflamabilidad (L.S.I.): 
Es la máxima concentración (en términos de % en volumen) de vapores 
de combustible en mezcla con un comburente, por encima de la cual no 
se produce combustión. 
 
Límite inferior de inflamabilidad (L.I.I.): 
Es la mínima concentración (en términos de % en volumen) de vapores 
de combustible, en mezcla con un comburente, por debajo de la cual no 
se produce la combustión 
 
Rango de inflamabilidad: 
A las concentraciones intermedias entre ambos límites se denomina 
rango o campo de inflamabilidad, son mezclas capaces de entrar en 
combustión. 
Para explicar el significado de dichos límites, se puede citar como 
ejemplo un producto de combustión presente en todos los fuegos, como 
es el monóxido de carbono (CO). 
Sus límites varían del 12,5 % al 74 % de contenido en una mezcla con 
aire. Esto significa que si la atmósfera del recinto contiene 12,5 % o más 
de CO pero menos del 74 %, puede inflamarse. 
Si el porcentaje es inferior al 12,5 % se considera que la mezcla se 
encuentra por debajo del límite inferior de inflamabilidad L.I.I., es 
decir, es demasiado pobre en combustible para arder. 
Cuando el contenido de CO es superior al 74 %, la mezcla se encuentra 
por encima del límite superior de inflamabilidad L.S.I., es decir, es 
demasiado rica en combustible para arder. 
 
 
 
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L.S.I L.I.I 
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6.- Temperatura de combustión. 
Otra temperatura importante es la temperatura de combustión o 
temperatura máxima de llama que se alcanza durante el proceso de 
combustión. 
 
7.- Contenido de azufre. Es importante conocer el contenido de S de 
los combustibles ya que esto determina la cantidad de SO2 que 
aparecerá en los humos, como resultado de la combustión. 
El SO2 se oxida lentamente a SO3 (trióxido de azufre) que es el 
responsable de las llamadas lluvias ácidas. Una forma de reducir la 
formación de SO3 es controlar el exceso de aire, de forma tal que se 
emplee el “mínimo” exceso de aire posible. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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EL SEGUNDO COMPONENTE DEL TRIÁNGULO DEL FUEGO ES 
EL: 
B.- Comburente: 
El comburente (normalmente el oxígeno del aire) es el componente 
oxidante de la reacción 
Es el elemento en cuya presencia el combustible puede arder 
(normalmente oxígeno). 
Sustancia que oxida al combustible en las reacciones de combustión. 
El oxígeno es el agente oxidante más común. Por ello, el aire, que 
contiene aproximadamente un 21 % en volumen de oxígeno, es el 
comburente más habitual en todos los fuegos e incendios. 
Algunas sustancias químicas que desprenden oxígeno bajo ciertas 
condiciones Nitrato Sódico (NaNO3), Clorato Potásico (KClO3), son 
agentes oxidantes cuya presencia puede provocar la combustión en 
ausencia de comburente; otros productos, como la nitrocelulosa, arden 
sin ser necesaria la presencia de aire por contener oxígeno en su propia 
estructura molecular. 
 
EL TERCER COMPONENTE DEL TRIÁNGULO DEL FUEGO ES: 
C.- Energía de Activación: 
Es la energía que es preciso aportar para que el combustible y el 
comburente inicien la reacción de combustión. 
Esta energía se llama “energía de activación” y se proporciona desde el 
exterior por un foco de ignición (llama, chispa, etc.). 
De la energía desprendida en la reacción parte se disipa en el ambiente 
provocando los efectos térmicos derivados del incendio. 
El fuego se desencadena cuando estos factores se combinan en la 
proporción adecuada. Del mismo modo, eliminando uno de estos 
factores, es decir, uno de los lados del triángulo, es posible prevenir o 
atacar un fuego. 
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El tetraedro del fuego 
El triángulo del fuego explica cómo se 
produce el fuego. Es el tetraedro del fuego 
el concepto que explica cómo dicho fuego 
puede propagarse y tener continuidad. 
Igual que ocurría en el triángulo del fuego, 
ante la ausencia de cualquiera de los 
elementosdel tetraedro, el fuego se 
extingue. 
Como decíamos, la reacción en cadena es 
el factor que permite que progrese y se 
mantenga la reacción una vez se ha 
iniciado ésta. 
La reacción en cadena de la combustión se da cuando el fuego 
desprende calor, que es transmitido al combustible realimentándolo y 
continuando la combustión. 
Así, el tetraedro del fuego funciona así: Para que se produzca un 
incendio debe generarse suficiente calor como para vaporizar parte del 
combustible e inflamar el vapor que se mezcla con el oxígeno. Para que 
la combustión se mantenga, el propio fuego debe generar suficiente 
calor como para vaporizar aún más combustible y que este vuelva a 
mezclarse con el oxígeno y se inflame. Esto genera todavía más calor, 
por lo que el proceso sigue una espiral de retroalimentación. 
 
 
COMBUSTION DE SOLIDOS, LIQUIDOS Y GASES 
En una reacción de COMBUSTIÓN aparecen un gran número de 
especies intermedias muy reactivas (Radicales Libres) que por ello 
tienen concentraciones muy pequeñas, además de las especies 
principales CH4, O2 , CO2 y H2O, que tienen las concentraciones más 
altas. 
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Por ello podríamos pensar que se cumple, por ejemplo para la 
combustión de un combustible clásico –metano- la siguiente reacción 
global: 
 
 CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 
 
sin embargo, algunas especies intermedias que aparecen en el curso 
de la reacción, como H, H2 y CO, que no son tan reactivas como los 
otros radicales, tienen concentraciones intermedias y juegan un papel 
importante en el curso de la reacción. 
 
Así pues, frecuentemente podemos reducir el esquema cinético de 
oxidación de hidrocarburos a un esquema de dos reacciones globales: 
una de oxidación parcial del combustible para generar CO y H2O y otra 
reacción de oxidación del CO para generar CO2 . En el curso de la 
reacción también se produce NO, aunque en cantidades pequeñas 
comparables a las de CO por oxidación del nitrógeno. Los esquemas 
cinéticos globales se recogen en la Tabla III: 
 
 TABLA III 
Modelo cinético en dos etapas para oxidación de hidrocarburos 
 
Etapa I 
CH4 + 3/2 O2 CO+ 2 H2O 
 
Etapa II 
 CO + ½ O2 CO2 
 
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REACCION GLOBAL EN COMBUSTION 
CH4 + 2O2 CO2+ 2H2O + calor + luz + contaminantes 
 
Entre los contaminantes se encuentran: 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMBUSTION DE MATERIALES SOLIDOS 
 La principal característica es que todos ellos dejan residuos sólidos al 
quemarse (cenizas) con alto contenido de carbono. 
Los metales al quemarse dejan como residuo óxidos del metal. 
Las sustancias que normalmente se encuentran en estado sólido 
mantienen una combustión de masa, elevándose la temperatura de la 
misma en toda la superficie a medida que el fuego se extiende hacia el 
núcleo. 
Pueden arder por Combustión Incandescente que es una combustión 
sin llama, con emisión de luz visible y producción de calor. Tiene 
manifestación visible en forma de ascuas. 
La norma ISO 13493 la define como una combustión de un material en 
fase sólida, sin llama, pero con emisión de luz desde la zona de 
combustión. 
 
 
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COMBUSTION DE LIQUIDOS 
En el esquema que se anexa, se muestra la forma en que se 
desencadena el mecanismo de la combustión de un líquido inflamable 
que forma una llama difusa, pero tiene la misma validez para 
combustibles sólidos en los que se requiere la volatilización previa de 
especies desde la superficie para lograr que ardan. 
Si encendemos un hidrocarburo líquido contenido en una batea, el vapor 
que se encuentra en equilibrio con el líquido, es rápidamente consumido 
en la zona de las llamas, siendo reemplazado por la generación 
creciente de nuevas cantidades de vapor combustible. 
El intenso calor radiante que proviene de las llamas acelera el proceso 
de producción de vapor y por ende de la combustión. 
 
 
Dicho calor, además de acelerar la producción de vapor, genera una 
variedad de fragmentos moleculares de menor peso molecular, 
radicales libres, hidrógeno libre, carbón libre, etc., las que hemos 
denominado como “especies activas”. Estas especies activas 
reaccionan en la zona de quemado (llamas) produciendo una serie de 
reacciones en cadena. 
 
Los vapores de las diferentes especies volátiles y gaseosas empiezan 
a arder en sus límites superior de inflamabilidad cuando sólo ha 
penetrado por difusión la cantidad de aire necesaria a través de la zona 
de llama. 
 
A medida que estos vapores atraviesan la zona de llama (hacia el 
exterior de la llama) encuentran más aire que difunde con mayor 
facilidad y por consiguiente continúan ardiendo hasta alcanzar su límite 
inferior de inflamabilidad en los bordes exteriores de la zona de llama, 
lugar donde existe la máxima cantidad tolerable de aire para 
condiciones de combustión. 
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Las moléculas más fáciles de oxidar queman primero y a medida que 
se prolonga la combustión se oxidan las restantes. El proceso es tal que 
en una serie de etapas sucesivas las uniones C-H del hidrocarburo se 
rompen y gradualmente son reemplazadas por uniones H-O y C-O las 
que continúan hasta la generación de los productos finales de la 
combustión. 
 
En dichas reacciones el hidróxido es tanto formado como consumido, 
este radical libre es uno de los principales responsables de la 
propagación de la reacción en cadena. 
 
 
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Las partículas de carbón libre, que dan a la llama su luminosidad, son 
los componentes más lentos en quemar y, en la mayoría de los casos, 
no se encuentra presente suficiente oxígeno para quemar 
completamente el carbón dando por resultado final una emisión de 
humo negro y un residuo de hollín. 
 
COMBUSTION DE LOS GASES: 
Los gases son fluidos aeriformes y las características de su combustión 
están sujetas a las mismas condiciones que los vapores de los líquidos 
inflamables. 
Los gases sólo entran en combustión cuando se hallan dentro de ciertos 
límites de composición de la mezcla aire-gas (Límites de Inflamabilidad). 
Los combustibles gaseosos siempre arden con llama y en caso de que 
su concentración con oxígeno o aire supere el límite inferior de 
inflamabilidad (específico para cada gas) éste se encenderá o explotará, 
dependiendo esto último de la presión de la mezcla y del tamaño del 
recinto donde se halle contenida la mezcla.El tipo de combustión que 
produce es completa, dejando residuos como el dióxido de carbono más 
agua y además producen prácticamente nada de humo. Arden en toda 
su masa. 
 
 
 
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CUADRO COMPARATIVO DE VELOCIDADES DE REACCION DE OXIDACION 
(autor Lic. Olavarría)