protección activa contra incendios........................

CRITERIOS DE SELECCIÓN DE SISTEMAS DE
PROTECCIÓN ALTERNATIVOS A LOS HALONES
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INDICE
1. PRESENTACIÓN.
2. LOS SISTEMAS DE EXTINCIÓN POR GAS
EN LA PROTECCIÓN ACTIVA.
3. LOS SISTEMAS DE ANHIDRIDO CARBÓNICO.
4. LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN POR HALÓN 1301.
5. LOS SISTEMAS DE AGENTES LIMPIOS.
6. LOS SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA.
7. LOS GENERADORES DE AEROSOLES.
8. POLÍTICAS DE SUSTITUCIÓN DE LOS HALONES.
9. ANEXOS.
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
PRESENTACIÓN
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
1. PRESENTACIÓN .......................................................................
El descubrimiento del agujero en la Capa de Ozono sobre la Antártida, y las posteriores
investigaciones llevadas a cabo, pusieron de manifiesto, que la emisión a la atmósfera
de los productos Clorofluorocarbonados (CFCs) son, entre otros, los agentes
responsables del deterioro de esta capa protectora en nuestro planeta.
Para paliar y remediar el problema, en 1987 se suscribió, por un conjunto amplísimo de
países, un convenio internacional al que se conoce como Protocolo de Montreal. En
virtud de este acuerdo se ha limitado la producción y emisión a la atmósfera de estos
productos.
Entre los agentes destructores de la capa de ozono, figuran con un poder destructor
específico (ODP) muy alto, los halones. Los halones son los agentes extintores que han
jugado un papel muy relevante en la protección de incendios en los últimos treinta años.
La consecuencia más importante para los halones, derivada de la implementación de los
acuerdos del Protocolo de Montreal, ha sido el cese de la fabricación de estos productos
en 1994, y la orden de ser retirados para su destrucción o reciclado para antes del 31 de
Diciembre de 2003. En la Unión Europea los halones se encuentran regulados por el
Reglamento CE 2037/2000 de 29 de Junio de 2000, que establece la obligación de
desmantelar todas las instalaciones de halón, con excepción de las utilizadas en usos
críticos tal como se definen en el Anexo VII de esta Directiva.
Esta situación obliga de forma perentoria, a los usuarios de instalaciones de halón, a
proceder a su desmantelamiento, así como a encontrar sistemas alternativos para la
protección de los riesgos, hasta ahora protegidos por halón.
No se trata de una tarea sencilla, toda vez que las alternativas existentes comprenden un
gran número de posibilidades, incluyendo sistemas convencionales, usados con distintas
filosofías, y un conjunto de nuevos agentes extintores y de nuevas técnicas de
protección.
Para abordar de forma correcta la sustitución de un sistema de halón, la primera
actuación recomendable, es la evaluación del nivel de protección que estábamos
obteniendo con el sistema de halón existente. La selección, en el pasado, de un sistema
de halón, en ocasiones vino condicionada más por sus características de inocuidad para
personas y equipos, en el caso de descargas intempestivas, que por su idoneidad para la
protección concreta, lo que hace que frecuentemente se encuentren sistemas cuyos
niveles previsibles de eficacia y fiabilidad ante escenarios de fuego real, resulten
escasos. En ocasiones, la necesaria estanqueidad del recinto es inadecuada o inexistente.
En otras, el tipo de fuego potencial no es adecuado para su extinción por halón, y en
muchos casos el sistema de detección es ineficaz.
Por consiguiente, al considerar la sustitución de un sistema existente de halón, nos
podemos encontrar ante uno de esos sistemas de halón, que por los motivos expuestos
anteriormente, no cuente con las condiciones de fiabilidad y eficacia exigibles a un
sistema de protección de incendios. No es aconsejable, por tanto, actuar mediante la
simple “sustitución” del gas halón por otro gas inocuo, sin un previo análisis detallado
de sus características extintoras, lo que nos podría conducir, después de una inversión
cuantiosa, a otro sistema de protección por gas, de iguales o peores condiciones de
fiabilidad, que las del sistema de halón sustituido.
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Presentación
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
La fiabilidad y eficacia necesarias de un sistema de protección por halón u otro agente
limpio, se encuentran supeditadas al cumplimiento de una serie de requisitos. El
principal es que el recinto disponga del adecuado grado de estanqueidad, ya que sin esta
condición el gas descargado no quedaría retenido en el recinto, durante el tiempo
mínimo para lograr la extinción e impedir la reignición. Otra condición, es que el
sistema de detección automática debe facilitar el disparo de la instalación cuando el
fuego sea incipiente, lo que solo puede obtenerse con tecnologías de detección
adecuadas. En muchos casos no se reúnen ninguno de estos dos requisitos.
Por tanto el procedimiento recomendable para “sustituir los halones”, es separar
convenientemente el proceso en dos fases: de un lado, la retirada obligatoria del agente
regulado; de otro, encontrar el sistema de protección más adecuado para el riesgo que
nos ocupa.
Para seleccionar el nuevo sistema de protección, se debe analizar, el riesgo a proteger,
definir los objetivos que debe cumplir el sistema de protección ante los escenarios de
fuego potenciales, las características del recinto, y su comportamiento ante los
escenarios de incendio considerados. El sistema seleccionado, en primer lugar, debe ser
eficaz para la extinción de los posibles tipos de incendio previsibles, y fiable ante los
posibles escenarios de aplicación. En segundo lugar, se deben considerar las
características medioambientales del agente extintor, la falta de toxicidad, y la
minimización de daños colaterales.
En la actualidad se encuentran disponibles en el mercado dos grupos de sistemas
alternativos a los halones.
Un primer grupo, denominado “in kind”, comprende una serie de gases extintores
similares a los halones; son gases a la temperatura ambiente, y en caso de descarga
intempestiva, sin presencia de fuego, no resultan tóxicos para el personal expuesto, y se
evaporan sin dejar residuo. Se denominan “clean agents” o agentes limpios.
El segundo grupo, “not in kind”, está formado por agentes extintores y tecnologías de
aplicación muy diversas, no similares a los halones, y que han demostrado la capacidad
de sustitución de los halones, con las características de fiabilidad y eficacia necesarias.
Es el caso de los sistemas de extinción por agua nebulizada, y también de los aerosoles.
Para estar en condiciones de evaluar correctamente cuál es el sistema más adecuado
para la protección de nuestros riesgos, resulta conveniente revisar la situación de forma
global, lo que nos permitirá saber dónde estamos y a dónde queremos llegar. En los
siguientes capítulos se analizan los sistemas de gas en la protección activa contra
incendios, los halones, los nuevos agentes extintores y las filosofías de protección.
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Presentación
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
LOS SISTEMAS DE EXTINCIÓN POR GAS EN
LA PROTECCIÓN ACTIVA CONTRA INCENDIOS
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2. LOS SISTEMAS DE EXTINCIÓN POR GAS EN LA
PROTECCIÓN ACTIVA CONTRA INCENDIOS ...........................
El campo de la protección activa contra incendios, comprende aquellos sistemas y
elementos, que permiten, una vez iniciada la situación de incendio, tener el
conocimiento y control del mismo, en el menor tiempo posible, evitando o minimizando
sus efectos.
Los sistemas de protección activa contra incendios incluyen los sistemas de detección
automática contra incendios, los sistemas de alarma de incendios, los medios manuales
de extinción y los sistemas fijos de extinción de incendios.
Un sistema fijo de extinción de incendios consiste en un conjunto de tuberías y
boquillas que instalados en un recinto, permiten distribuir, desde el exterior del mismo,
un agente extintor en su interior, evitando tener que aplicar manualmente el agente
extintor a la base del fuego. La red de tuberías puede quedar conectada de forma
permanente o no a un sistema de abastecimiento de agente extintor (tanques, bombas,
recipientes a presión, etc.) Asimismo, la descarga del agente extintor puede producirse
de forma manual, o automática mediante la orden de un sistema de detección
automático asociado.
Fig.1. Sistema Fijo de Agua Nebulizada
Los sistemas de protección activa contra incendios se han dividido tradicionalmente en
dos grandes grupos: los sistemas que utilizan el agua como agente extintor (“water
based extingushing systems”), principalmente los rociadores automáticos y redes de
agua, y los que utilizan otro tipo de agente distinto al agua (“non water based
extinguishing systems”). Los primeros se utilizan de forma generalizada para la
protección de la mayoría de los riesgos, mientras que los segundos se dirigen a un grupo
específico de riesgos que se suelen denominar riesgos especiales.
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Los Sistemas de Extinción por Gas en la Protección Activa
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Fig.2. Red de agua
La escasa idoneidad del agua para la extinción de algunos combustibles tales como son
los líquidos y gases inflamables, algunos metales reactivos, o la presencia de partes
eléctricas en tensión, etc., dio paso más tarde a la búsqueda y uso de gases como agentes
extintores.
Entre los gases que se han utilizado tradicionalmente en la industria de extinción de
incendios de forma normalizada cabe destacar el anhídrido carbónico y más tarde los
halones. En menor medida se han utilizado también los gases inertes y el vapor de agua.
En la actualidad, el cese de fabricación de los halones por imperativo del Protocolo de
Montreal, ha puesto en el mercado una nueva generación de gases y la utilización
normalizada de los gases inertes.
Los sistemas fijos de extinción por gas se dividen en dos grandes grupos: los sistemas
de inundación total (“total flooding”), y los sistemas de aplicación local (local
application”).
Los sistemas de inundación total protegen el contenido de un recinto mediante la
inundación con el gas extintor de todo su volumen. La ignición de un combustible se
produce al elevarse su temperatura por encima de su nivel de autoignición, o cuando se
generan suficientes vapores inflamables, por evaporación (combustibles líquidos) o
pirolisis (combustibles sólidos) y son expuestos a una fuente de ignición externa
(ignición pilotada).
El principio de extinción consiste en alcanzar una determinada concentración de gas (en
función del tipo de combustible), y mantenerla en todo el recinto durante un tiempo
mínimo (10-30 minutos), para que los gases puedan garantizar la extinción, ya que el
mecanismo extintor del gas produce el cese de las llamas, pero no el enfriamiento del
combustible, que volvería a entrar en ignición si su temperatura es superior a la de
autoignición. Por consiguiente es el tiempo de retención es el que viabiliza el
enfriamiento y evita la reignición.
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Los Sistemas de Extinción por Gas en la Protección Activa
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Fig.3. Sistema de gas por Inundación Total
Por el contrario, en los sistemas de aplicación local, la disposición de boquillas se
realiza de forma que el agente extintor se proyecte directamente sobre el equipo
susceptible de soportar el incendio.
Fig.4 Sistema de Aplicación Local
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Los Sistemas de Extinción por Gas en la Protección Activa
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Los sistemas de extinción por gas presentan una serie de características de aplicación
que resultan muy atractivas:
o El agente extintor se evapora sin dejar residuos lo que les otorga el
nombre de sistemas limpios.
o Facilitan protección tridimensional ya que el agente extintor es un gas en
condiciones normales de presión y temperatura.
o El gas no es conductor eléctrico y puede ser usado en presencia de
equipos eléctricos energizados.
Por el contrario, también concurren en su utilización limitaciones que debemos tener
muy presentes, y que son principalmente, que no enfrían el combustible, la necesaria
hermeticidad del recinto, que limita su uso por ejemplo para los transformadores en
baño de aceite, y los peligros de la descarga para las personas expuestas, que alcanzan
su máximo con el anhídrido carbónico.
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Los Sistemas de Extinción por Gas en la Protección Activa
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SISTEMAS DE ANHÍDRIDO CARBÓNICO
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3. SISTEMAS DE ANHÍDRIDO CARBÓNICO (CO2) ......................
El anhídrido carbónico (CO2) se ha utilizado durante muchos años, y se sigue
utilizando, para la protección de diversos riesgos, marinos, riesgos eléctricos y
electrónicos (centros de transformación, CPD´s, etc.), riesgos de líquidos inflamables
(baños de temple, cabinas de pintura, almacenes de inflamables, etc.), plantas de
producción de acero y aluminio, y en general en todos aquellos riesgos dónde se ha
estimado que la utilización del agua podía causar daños inaceptables o se mostraba
totalmente incompatible con determinados procesos.
El uso del CO2 como agente extintor en sistemas fijos se inicia en 1917, siendo el único
gas utilizado como agente extintor hasta mediado los años 1960, en que se produce la
aparición de los halones. En la actualidad el CO2 se continúa utilizando como agente
gaseoso preferido en un cierto número de aplicaciones.
Sin embargo, los sistemas de CO2 resultan peligrosos para el personal potencialmente
expuesto, ya que las concentraciones de extinción resultan letales para las personas, y en
consecuencia, debe garantizarse siempre la evacuación o la no presencia de personal
antes de la descarga. Se han desarrollado sistemas y métodos para evitar este tipo de
accidentes pero a pesar de ello, y por diferentes razones, existe un largo historial de
accidentes mortales que jalonan el uso de estos sistemas, que hacen recomendable que
su uso se limite, en exclusiva, a entornos altamente controlados.
3.1. USOS Y LIMITACIONES
Las aplicaciones típicas del CO2 son la extinción de fuegos de líquidos inflamables,
fuegos de gases, protección de riesgos que incluyen equipos eléctricos energizados, y en
menor grado la protección de documentos, archivos, ropa, pieles, etc.
El CO2 es un agente extintor muy efectivo ante el fuego de la mayoría de combustibles
con la excepción de ciertos metales activos, hidruros metálicos, y materiales que
contienen su propio oxigeno, tales como el nitrato de celulosa. Su uso para la extinción
de fuegos Clase A, viene limitado por su baja capacidad de enfriamiento en
comparación con el agua.
El uso de los sistemas fijos de dióxido de carbono no se recomienda, por sus
características extintoras y forma de aplicación, en espacios total o parcialmente
abiertos, o en aquellas situaciones en que puede resultar peligroso para la vida del
personal potencialmente expuesto.
3.2. PROPIEDADES EXTINTORAS
Las propiedades del anhídrido carbónico como agente extintor se pueden resumir en:
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•
Ausencia de productos de descomposición térmica.
•
Su presión de vapor proporciona su propia capacidad de impulsión
para la descarga eliminando la necesidad de sobre presurización.
•
Se evapora sin dejar residuos lo que le hace ser un “agente limpio”.
Los Sistemas de Anhídrido Carbónico (CO2)
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•
Relativamente inerte no reaccionando con la mayoría de los
materiales.
•
Facilita protección tridimensional ya que es un gas en condiciones
normales de presión y temperatura.
•
No es conductor eléctrico y puede ser usado en presencia de equipos
eléctricos energizados.
Mecanismos de extinción del CO2
El mecanismo extintor principal del dióxido de carbono es la sofocación del fuego
mediante la disminución de la concentración de oxígeno en la vecindad de la
llama.
La extinción de la llama por el CO2 es un fenómeno de naturaleza
predominantemente termo-física, en el que los gases que participan en la reacción
de combustión no alcanzan la temperatura suficiente para mantener la
concentración necesaria de radicales libres para mantener la reacción de
combustión en cadena.
Eficacia extintora del CO2
La eficacia extintora del CO2, en su aspecto inertizador en comparación con otros
gases inertes, es muy alta. Así en comparación con el nitrógeno, el CO2 es
aproximadamente dos veces más efectivo que este. Por ejemplo, para la extinción
de la llama de etanol, el ratio en volumen v/v requerido de agente extintor/aire es
de 0,48 para el CO2 y de 0,86 para el N2, sin embargo el CO2 es 1,57 veces mas
pesado que el N2 (pesos moleculares 44 y 28 respectivamente), por lo que la
efectividad (Kg/m3) de ambos gases es muy similar en función de la masa de
agente extintor por volumen m/v.
• vol. ratio N2 / vol. ratio CO2 = 1,8
• mas. ratio N2 / mas ratio CO2 = 1,1
Como ya se ha expuesto, las cantidades de CO2 que se necesitan añadir a un
recinto, para reducir el nivel de oxígeno a un punto en el que se prevenga la
combustión de los diversos combustibles, es relativamente alta y representa un
inmediato peligro para el personal potencialmente expuesto.
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Los Sistemas de Anhídrido Carbónico (CO2)
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Tabla 1.- Valores requeridos (v/v) y concentraciones de CO2 requeridas para
extinción de diversos gases o vapores combustibles.
CO2/air
O2 (%)
CO2 (%)
CO2 (%)
(v/v)
Concentración
Conc.Teór.
Conc. Mín.
S2C
1,59
8,1
60
72
H2
1,54
8,2
62
75
Etileno
0,68
12,5
41
49
Éter Etílico
0,51
13,9
38
46
Etanol
0,48
14,2
36
43
Propano
0,41
14,9
30
36
Acetona
0,41
14,9
27
34
Hexano
0,40
15,0
29
35
Benceno
0,40
15,0
31
37
Metano
0,33
15,7
25
34
Combustible
3.3. PROTECCIÓN DEL PERSONAL FRENTE A LOS EFECTOS
DEL ANHÍDRIDO CARBÓNICO (CO2)
A la concentración mínima de extinción por CO2 (34%) para su utilización en
protección de incendios por inundación total, el dióxido de carbono resulta letal para las
personas.
Concentraciones de CO2 superiores al 17%, producen convulsiones, inconsciencia,
coma y muerte en 1 minuto desde el inicio de la inhalación.
Concentraciones comprendidas entre el 7% y el 10% producen efectos similares con
tiempos de exposición comprendidos entre varios minutos a una hora.
En consecuencia la utilización de sistemas de CO2 debe reducirse a áreas no ocupadas
y que dispongan de sistemas de bloqueo aprobados que impidan la descarga del CO2 en
el recinto ante la eventualidad de presencia de personal en el recinto protegido.
Existen sistemas de bloqueo especialmente desarrollados para este propósito, que son
los que deben ser utilizados cuando utilicemos un sistema de CO2. A pesar de ello es
frecuente ver sistemas de CO2 protegiendo áreas normalmente ocupadas sin las mínimas
condiciones de seguridad.
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La utilización de sistemas de dióxido de carbono en protección de incendios debe
quedar reducida a riesgos industriales perfecta y continuamente controlados, con un
adecuado diseño, montaje y mantenimiento, que incluyan las medidas necesarias de
prevención de accidentes para el personal.
El anhídrido carbónico que se utiliza en las instalaciones de protección de incendios
debe quedar odorizado, de forma similar a como se odorizan los gases inflamables de
uso doméstico, para evitar su inhalación inadvertida.
3.4. PROPIEDADES FÍSICAS DEL CO2
En condiciones normales de presión y temperatura, el anhídrido carbónico es un gas.
Por compresión y enfriamiento, puede pasar a estado líquido e incluso sólido.
Entre -57 ºC y su temperatura crítica (37 ºC), dependiendo de la presión de
almacenamiento, el CO2 podrá encontrarse en estado líquido o gaseoso Por encima de la
temperatura crítica, el CO2 no podrá licuarse por mucho que incrementemos la presión.
Fig.1. Variación Presión-Temperatura
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A -57 ºC y 5,2 bar pueden coexistir en equilibrio las tres fases, es el llamado punto
triple.
Por debajo del punto triple solamente pueden existir los estados vapor y sólido, por ello,
cuando el CO2 líquido se descarga a presión atmosférica, parte se transforma
instantáneamente en vapor y el resto, como consecuencia de esta evaporación, se enfría
y se convierte en nieve carbónica (hielo seco) a una temperatura de aproximadamente 79 ºC. La cantidad de CO2 que se transforma en hielo, dependerá de la temperatura de
almacenamiento.
El efecto de enfriamiento del CO2 es debido a la descarga del agente extintor. Una
descarga de dióxido de carbono posee una apariencia de nube blanca, esto se debe a la
parte de CO2 que pasa a estado de sólido (hielo seco).
Almacenamiento del agente extintor
El CO2 se almacena en fase líquida en dos modalidades:
•
A alta presión y temperatura ambiente (en cilindros).
•
A baja presión en tanques refrigerados.
Almacenamiento a alta presión
El CO2 se almacena en botellas a la temperatura ambiente y con una presión de
aproximadamente 60 bar. La presión de timbre es de 250 bars.
Con este tipo de almacenamiento, el adecuado funcionamiento del sistema
requiere una temperatura ambiente en el margen de 0 ºC a 49 ºC.
Una temperatura inferior, si bien no llegaría a ocasionar la solidificación del gas
en la botella, si podría suponer una bajada en el caudal de descarga debido a una
insuficiente vaporización.
Por otra parte, una temperatura superior a 49 ºC, elevaría la presión en el
recipiente, pudiéndose ocasionar la rotura de la membrana de la válvula de
seguridad. La presión dentro del recipiente depende además, de la densidad de
carga. Por este motivo, la carga máxima de cada recipiente queda limitada según
normativa a 0,67 kg/l.
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Fig.2. Almacenamiento Alta Presión 1
Almacenamiento a baja presión
El anhídrido carbónico se almacena en contenedores refrigerados, diseñados para
mantener el CO2 a una temperatura de aproximadamente -20 ºC con una presión
de 20 bar.
Este sistema se emplea cuando se necesitan cantidades superiores a 2.000 Kg. de
CO2.
Estos depósitos requieren disponer de un sistema de refrigeración fiable incluso en
casos de fallo de la alimentación eléctrica.
Fig.3. Almacenamiento Baja Presión
La temperatura deberá mantenerse entre -17 y -23 ºC y la presión entre 17 y 22
bar. Dispondrán de controles de nivel de carga y de presión. Asimismo, será
exigible un sistema de alarma de alta presión.
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3.5. MÉTODOS DE APLICACIÓN
Los sistemas fijos de CO2 se componen básicamente de los siguientes elementos:
•
Un almacenamiento de CO2.
•
Un sistema de tuberías fijas conectadas al almacenamiento de CO2.
•
Boquillas de descarga.
•
Sistema de disparo y control.
En función de la forma de aplicar el agente extintor, las instalaciones pueden ser de dos
tipos:
•
Sistemas de Inundación Total
•
Sistemas de Aplicación Local
Sistemas de Inundación total
El dióxido de carbono almacenado en las baterías de suministro es descargado
dentro del riesgo a proteger mediante un sistema fijo que conseguirá la
concentración necesaria en todo el volumen del riesgo. Este tipo de sistemas se
utilizan para la extinción de fuegos en recintos cerrados o con pequeña superficie
abierta respecto a la superficie total que lo delimita.
Fig.4. Sistema de Inundación Total 1
El CO2 se aplicará mediante boquillas, diseñadas y ubicadas de forma tal, que
generen una concentración uniforme de CO2 en todos los puntos del recinto.
Este tipo de instalación es el usado en Salas de Equipos, Almacenes,
Transformadores, etc.
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Sistemas de aplicación local
Cuando el volumen del continente es mucho mayor que el del contenido, o cuando
no se dispone de uno o varios paramentos de cierre del continente se utilizan los
sistemas de aplicación local.
Fig.5. Sistema de Aplicación Local 1
En estos casos el sistema es similar a los de inundación total en cuanto a
componentes, aunque el tipo de boquillas y diseño de la tubería se realiza de
forma distinta, teniendo como fin principal la ubicación de las boquillas de forma
que la descarga cubra toda la superficie del objeto protegido durante el tiempo y
con las cantidades de agente extintor necesarias.
Esta clase de instalación es típico en la protección de Grupos Electrógenos,
Cocinas, Baños de temple, etc.
3.6. DISEÑO DE LAS INSTALACIONES
El diseño de las instalaciones se debe realizar siguiendo los requisitos establecidos en
un standard de reconocido prestigio como puede ser el Standard NFPA 12. Los factores
a considerar deben incluir: cantidad de CO2 a almacenar, método de actuación, sistemas
de prealarma de descarga, cierre de aberturas, venteo mínimo requerido, y condiciones
de seguridad para el personal.
Cantidad de agente extintor
La cantidad de agente extintor requerido depende de la clase de combustible, tipo
de fuego y tipo de sistema.
Inundación total
Los sistemas de inundación total se calculan en función del volumen del
recinto, y de la clase de combustible o concentración mínima de diseño. La
concentración mínima de diseño en los sistemas de inundación total es del
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34%. Las concentraciones para una serie de líquidos y gases inflamables se
han detallado en la Tabla 1.-El Standard NFPA 12 establece un número de
concentraciones de diseño para fuegos Clase A, basados en ensayos a escala
real. Estas incluyen, riesgos de cables eléctricos (50%), almacenamiento de
papel (65%), colectores de polvo (75%).
La cantidad de CO2 debe ser la suficiente para alcanzar la concentración de
diseño y mantenerla durante el tiempo necesario hasta que se logre la
extinción. Para fuegos de tipo superficial se han establecido unos factores de
volumen, que permiten calcular las cantidades requeridas en función del
volumen del recinto. Estos factores incluyen la posibles fugas normales a
través de puertas, porosidad de paredes y otras pequeñas aberturas normales.
Tabla 2.-Factores de volumen para conseguir
la Concentración de Diseño del 34%
Factor de volumen
Volumen (m3)
Kg.de CO2
m3/Kg. de CO2
Kg.de CO2/m3
Hasta 3,96
0,86
1.15
----
3,97 – 14,15
0,93
1,07
> 4,5
14,16 – 45,28
0,99
1,01
> 15,1
45,29 – 127,35
1,11
0,90
> 45,4
127,36 – 1415,0
1,25
0,80
> 113,5
Mayor de 1415,0
1,38
0,77
> 1135,0
Para los riesgos que requieran una Concentración de Diseño superior al
34%, los factores de volumen anteriores se deben multiplicar por el factor de
conversión de acuerdo con la Fig.1. En consecuencia la cantidad básica de
CO2, requerida será la resultante de multiplicar el volumen en m3 por el
factor de volumen que le corresponda en función de dicho volumen y por el
factor de conversión de acuerdo con la Fig. 6.
Si el recinto presenta aberturas que no pueden ser cerradas deberán
disponerse cantidades adicionales de CO2.
Los fuegos superficiales tales como los de los líquidos inflamables precisan
de un tiempo de mantenimiento de la concentración de 1 minuto como
mínimo. En consecuencia la cantidad adicional de CO2 debe compensar la
fuga producida en ese tiempo.
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Fig.6. Factores de conversión 1
Los fuegos de foco profundo requieren mayores tiempos de retención que
deben quedar establecidos para cada caso concreto como parte del ensayo.
La velocidad de descarga debe ser suficiente para desarrollar una
concentración del 30% de la concentración de diseño en menos de 2 minutos
y el 100 % de la concentración en menos de 7 minutos. Las cantidades
básicas para los fuegos de foco profundo se obtienen utilizando los factores
de volumen indicados en el Standard NFPA 12
Tabla nº 3.-Factores de Conversión en Combustibles con Fuegos de foco
profundo. (“deep seated fires”)
Concentración
%
m3/Kg.de CO2 Kg. de CO2/m3
Riesgo Específico
Riesgos Eléctricos Secos en General
50
0,62
1,60
50
0,75
1,33
Vol. >56 m3
65
0,50
2,00
Almacenamiento de papel, conductos, etc.
75
0,38
2,66
Almacenes de pieles, colectores de polvo
Vol. 0 a 56 m3
Sistemas con descarga extendida
La forma más eficaz para conseguir compensar las fugas que se producen
por una abertura, durante un tiempo prolongado, es disponer de una
descarga extendida que aporte exactamente el caudal correspondiente a las
fugas.
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Sistemas de aplicación local
Los sistemas de aplicación local se calculan por dos métodos: el método del
área y el método del volumen. Cuando se utiliza el método del área, el
riesgo se considera dividido en un número de superficies protegida cada una
de ellas por una boquilla. El caudal de cada boquilla es parte del listado de
la misma, por lo que la cantidad básica es la suma de los caudales
individuales multiplicada por el tiempo de descarga.
Cuando el riesgo no es divisible en superficies individuales se debe
considerar el método del volumen. En este caso se supone un volumen
envolvente del riesgo protegido, sobre el que debe conseguirse una
determinada concentración y durante un tiempo. La cantidad calculada se
puede reducir en determinados porcentajes en el caso del que el riesgo
disponga de paramentos de cierre.
Para los sistemas de aplicación local, la cantidad básica de CO2 se debe
incrementar en la parte de la descarga que se realiza en fase de vapor y que
no se considera útil para la extinción. El tiempo mínimo de descarga será de
30 seg. En almacenamientos de alta presión, la cantidad básica debe
multiplicarse por 1,4.
Requisitos de venteo
Cuando el CO2 se descarga en un recinto cerrado lo hace en fase líquida, la
atmósfera del recinto sufre inicialmente un descenso de temperatura, por lo que
genera un descenso de presión. Posteriormente cuando el CO2 se evapora se
experimenta un incremento de presión. Tanto el “vacío” inicial como la
sobrepresión posterior debe ser “respirados” por el recinto. La experiencia
muestra que la porosidad del local y las rendijas normales existentes en un recinto
normal, suelen ser suficientes para aliviar estas variaciones de presión.
No obstante en recintos que pudieran resultar muy estancos se deben prever unos
requisitos de venteo mínimos. La superficie de venteo mínima viene dada por la
fórmula:
X =
23,9Q
p
donde:
X es la superficie de venteo en mm2
Q es el caudal de descarga en Kg/min
p es la presión que soporta el recinto en Kg/m2
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Los Sistemas de Anhídrido Carbónico (CO2)
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
3.7. RESUMEN
Los sistemas fijos de gas anhídrido carbónico (CO2), se llevan utilizando con plena
satisfacción en la industria de protección contra incendios desde tiempos tan lejanos
como el año 1917.
Sin embargo su uso presenta unos aspectos de peligrosidad para el personal, que
restringen su utilización a entornos industriales altamente controlados.
Los requisitos para el diseño, instalación, pruebas, recepción y mantenimiento de estos
sistemas se encuentran en el Standard NFPA 12 A, Standard on Carbon Dioxide
Extinguishing Systems, Edición 2000.
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Los Sistemas de Anhídrido Carbónico (CO2)
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LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN POR HALÓN 1301
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
4. LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN POR HALÓN 1301...............
Desde principios de los años 1970 hasta hoy, un innumerable conjunto de riesgos: Salas
de Ordenadores, Centros de Transformación, Laboratorios, Salas de Control, Salas de
Máquinas, Equipos Electrónicos, Museos, Centrales Telefónicas, Bibliotecas,
Almacenes de Líquidos Inflamables, Cámaras Anecoicas, Simuladores de Vuelo, etc.,
se han protegido con sistemas de Halón 1301.
El Halón 1301 es un gas extintor que presenta indudables atractivos como agente
extintor: rapidez de extinción por su capacidad para inhibir la reacción de combustión,
protección tridimensional mediante la difusión del gas en la totalidad del volumen
protegido, agente limpio que no deja residuos tras su aplicación, no es corrosivo en
ausencia de fuego, no es conductor eléctrico, y no es tóxico en las concentraciones
normales de utilización. Su uso está indicado para la protección de equipos eléctricos y
electrónicos, líquidos y gases inflamables y fuegos superficiales en sólidos.
Pero el Halón 1301 también tiene sus limitaciones que deben ser seriamente
consideradas: producción de gases corrosivos en presencia de la llama, inadecuado para
la extinción de fuegos con brasas, y la principal, que su eficacia y fiabilidad extintoras
quedan supeditadas a la rigurosa estanqueidad del recinto durante y después de la
descarga.
Las características de los sistemas de halón 1301 hacen obligado, para garantizar su
eficacia, un seguimiento estricto de los requisitos establecidos en el Standard de
aplicación, tanto en lo que se refiere a los aspectos técnicos del sistema de Halón, como
a las condiciones que debe cumplir el recinto en el momento de su aplicación. Por estas
razones su uso debería haberse limitado a riesgos muy concretos, donde sea posible
garantizar el cumplimiento de esas condiciones. Sin embargo, las instalaciones
automáticas de extinción por Halón 1301 llegaron a convertirse en el “standard” en la
protección de una inmensa mayoría de riesgos.
Entre los factores que facilitaron un desarrollo tan rápido y universal de este gas en los
sistemas de extinción se encuentran:
•
La indudable eficacia extintora del gas halón.
•
La inocuidad (en frío) del agente extintor para personas y bienes.
•
La aparente sencillez para su diseño, instalación y mantenimiento.
4.1. LA PROTECCIÓN POR HALONES
La incorporación de los agentes extintores halogenados, comúnmente conocidos como
halones, a los sistemas fijos de protección activa contra incendios es relativamente
reciente.
Sin embargo, el primer agente extintor halogenado que se conoció en la industria de
protección contra incendios fue el tetracloruro de carbono (Halón 104) que se empezó a
comercializar en 1907. Los extintores de tetracloruro de carbono, provistos con una
bomba de impulsión manual alcanzaron una gran popularidad debido a su facilidad de
manejo, efectividad extintora, y ausencia de residuos después de su aplicación. A pesar
de estas ventajas, el tetracloruro de carbono, tiene un gran inconveniente que es su gran
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Los Sistemas de Protección por Halón 1301
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
toxicidad, lo que provocó un gran número de accidentes, algunos mortales. Por ello su
utilización fue prohibida en los años 1950.
En 1947 el Cuerpo de Ingenieros del Ejército Estadounidense llevó a cabo un programa
de investigación, para identificar nuevos extintores halogenados que presentaran unas
condiciones aceptables de eficacia extintora y niveles de toxicidad. De este estudio,
realizado sobre más de 60 agentes halogenados, se seleccionaron tres que fueron: el
bromoclorodifluorometano (Halón 1211), el bromotrifluorometano (Halón 1301) y el
dibromotetrafluorometano (Halón 2402).
Como resultado de este programa, el uso de los agentes extintores halogenados cobró
una nueva dimensión. En especial, el Halón 1301 comenzó a ser utilizado en EEUU en
los años 1960 en sistemas fijos mediante el método de inundación total. En un principio
los sistemas de halón 1301 utilizaban los mismos equipos, cilindros, válvulas y
boquillas, que los utilizados en las instalaciones de CO2. El Halón 1211 se comenzó a
utilizar en Europa en forma similar al Halón 1301 en los EEUU.
En 1966, se estudiaron en profundidad las posibilidades de utilización del Halón 1301
para la protección de Salas de Ordenadores. En 1968 se publicó el primer Standard
NFPA 12 A para el diseño, instalación y mantenimiento de sistemas de Halón 1301.
De todos los agentes extintores halogenados es el Halón 1301 el que sin duda ha
alcanzado el mayor nivel de utilización.
4.2. TIPOS DE HALONES
Los halones son hidrocarburos saturados, en los que los átomos de hidrógeno han sido
sustituidos por átomos de halógenos de la serie: fluor, cloro, bromo, o iodo. Los más
utilizados en extinción de incendios, en función de sus características de aplicación, han
sido los Halones 1301, 1211 y 2402.
NUMERACIÓN DE LOS HALONES
NOMBRE QUÍMICO
FÓRMULA
HALÓN Nº
Bromotrifluorometano
CF3Br
1301
Bromoclorodifluorometano
CF2ClBr
1211
Dibromotetrafluoroetano
C2F4Br2
2402
Esta nomenclatura obedece al sistema ideado por el Cuerpo de Ingenieros del Ejército
de los Estados Unidos. Este sistema asigna a cada Halón un número cuyos dígitos
indican la cantidad de átomos de cada elemento químico: El primer dígito representa el
número de átomos de Carbono, el segundo el de fluor, el tercero el de átomos de Cloro,
el cuarto el de átomos de Bromo y el quinto el de átomos de Yodo si lo contienen. Si el
quinto dígito es cero, este no se expresa.
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Los Sistemas de Protección por Halón 1301
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
La presencia de los átomos de halógeno en la molécula de hidrocarburo provoca
diferentes efectos sobre la estabilidad, toxicidad, punto de ebullición, y efectividad
extintora. En términos muy generales podemos decir que la presencia de átomos de
fluor mejora la estabilidad del producto y reduce su toxicidad, mientras que la de
atomos de bromo y cloro mejora la eficacia extintora aunque aumenta la toxicidad.
Halón 1301
Es un gas a la temperatura de 21º C, con una presión de vapor de 14 bares. Aunque esta
presión podría ser suficiente para producir la impulsión del gas desde los cilindros de
almacenamiento a las boquillas de distribución, su valor cae rápidamente con la
temperatura, por lo que para su uso en protección de incendios, se sobrepresuriza con
nitrógeno seco hasta la presión de 25 bares o 42 bares.
Utilizado principalmente en sistemas automáticos de extinción de incendios por
inundación total, debido a su alta volatilidad y capacidad de difusión. A partir de 1972 y
después de exhaustivos ensayos, por parte de las mayores compañías fabricantes de
ordenadores, sobre los efectos de los productos descomposición térmica del Halón 1301
sobre los equipos electrónicos y sensibles, y en áreas con presencia de personas, se
aceptó su uso para protección de Salas de Ordenadores.
Halón 1211
Es, como el Halón 1301, un gas a la temperatura de 21 ºC, aunque con una presión de
vapor más baja, de solo 1,5 bares. Esta relativa baja volatilidad lo hace adecuado para su
uso en extinción de incendios mediante su proyección sobre la superficie en
combustión. Para su uso en protección de incendios se presuriza con nitrógeno seco a
presiones entre 16 bares y 25 bares.
Utilizado principalmente en extintores portátiles, y para extinción como sustituto del
CO2 en sistemas de aplicación local, en grupos electrógenos, salas de máquinas, cabinas
de pintura, etc. Debido a su mayor toxicidad su uso se limitó a áreas normalmente no
ocupadas y en instalaciones de aplicación local.
Halón 2402
Este agente extintor es un líquido a la temperatura de 21 ºC, con un punto de ebullición
de 47 ºC. Su estado líquido a la temperatura ambiente ha permitido su uso para su
proyección a gran distancia. Su nivel de utilización en protección de incendios ha sido
mucho más reducido que el de los dos anteriores. Se ha utilizado principalmente en
aeropuertos y áreas abiertas.
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4.3. CARACTERÍSTICAS ESPECÍFICAS DE LOS SISTEMAS DE
HALÓN 1301
Revisaremos los aspectos más relevantes relacionados con este agente extintor, ya que
es con gran diferencia el que ha tenido un mayor nivel de utilización, y
consecuentemente su desaparición ha condicionado principalmente la situación actual
en cuanto a búsqueda de alternativas, y revisión de la filosofía de protección.
Mecanismos de extinción
El mecanismo extintor del Halón 1301 y de los Halones en general no es un
fenómeno perfectamente entendido, sino que por el contrario existen diferentes
teorías al respecto. La teoría más aceptada, es la de que el Halón 1301 produce la
inhibición de la reacción mediante el bloqueo de los radicales libres o “rotura de
la cadena.”
Los radicales libres más activos en la combustión de hidrocarburos son los átomos
de oxígeno, hidrógeno e hidroxilos (O, H* y OH*), de forma que la reacción de
combustión de un compuesto orgánico podría escribirse:
R-H + O2→ O + H* + OH*
En presencia de la llama el Halón 1301 se descompone liberando átomos de
bromo.
CF3Br→CF3* + Br*
El átomo de bromo capta un H* de los liberados en la combustión, forma BrH que
en un segundo paso bloquea a un OH*, el radical más activo en la combustión,
formando H2O, volviendo a regenerar el átomo de bromo que vuelve a estar
disponible para iniciar el proceso de bloqueo de otro OH*.
R-H + Br*→BrH + R*
BrH + OH*→ H2O + Br*
La regeneración del radical Br* explica porqué una baja concentración de Halón
1301 puede provocar la inhibición de la combustión.
Condiciones de aplicación
El Halón 1301 es un gas capaz de inhibir la reacción de combustión y
consecuentemente extinguir el fuego superficial de sólidos o el de líquidos o gases
inflamables, que se encuentren en recintos cerrados mediante la inundación del
recinto con una descarga rápida de gas, de forma que se alcance una
concentración de solo un 5% en volumen y que la misma se mantenga durante un
periodo mínimo de 10 minutos.
Esta concentración del 5% de Halón 1301, en el caso de una descarga
intempestiva es respirable por el personal durante tiempos cortos (hasta 10
minutos) sin que represente un peligro para su vida o su salud.
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En el momento de su aparición en el mundo de la protección de incendios, la
aplicación exclusiva del Halón 1301, fue la protección mediante sistemas de
detección y extinción automática, de activos de alto valor. Sin embargo, más
tarde, se identificó al Halón 1301 como un gas con la misma o mayor capacidad
extintora que el CO2, y sin peligro para el personal potencialmente expuesto. El
cambio conceptual provocó una utilización creciente e indiscriminada de los
sistemas de Halón
Sin embargo los niveles de eficacia y fiabilidad, de los sistemas de Halón 1301,
resultan críticos y condicionados por una serie de requisitos cuyo riguroso
cumplimiento debe ser ineludible para su aceptación. No se debe olvidar que las
concentraciones de utilización del Halón 1301, son un compromiso entre la
eficacia extintora y la inocuidad para el personal, por lo que las condiciones de
entorno para su aplicación deben quedar garantizadas permanentemente. Por el
contrario las concentraciones que se manejan con los sistemas de CO2, son
siempre tóxicas para el personal, por lo que en estos sistemas priman los criterios
de fiabilidad y eficacia extintora
Los requisitos que deben cumplir los sistemas de Halón 1301, quedan claramente
expuestos en el Standard de aplicación sobre Halón 1301, NFPA 12 A, Standard
on Halon 1301 Fire Extingushing Systems, Ed. 1997.
Los más importantes son: el mantenimiento de la estanqueidad del recinto durante
la extinción, de forma que se garantice la permanencia de la concentración durante
un mínimo de 10 minutos; la homogeneización de la concentración desde el
principio de la descarga; correcto diseño de la red de tubería que permita la
descarga equilibrada en cada boquilla y en un tiempo inferior a 10 segundos; y el
disparo del sistema con tamaños relativamente pequeños de incendio, lo que exige
el concurso de un sistema de detección de incendios, rápido y fiable.
Eficacia y fiabilidad
A pesar de lo explícito de estos condicionamientos, las aplicaciones para los
sistemas de Halón crecieron sin límite aparente y sin que la inmensa mayoría de
los sistemas instalados cumpliesen los requisitos mencionados, olvidándose
además que la permanencia de las condiciones de entorno cuando se realice la
descarga es ineludible para garantizar su eficacia. Consecuentemente, la fiabilidad
y eficacia de estos sistemas resultó gravemente dañada.
Tipos de instalaciones
Los sistemas de Halón 1301 deben utilizarse siempre mediante el método de
inundación total. Es decir su aplicación, al contrario que las instalaciones de CO2 por
ejemplo, solo es posible cuando el riesgo a proteger se encuentra en un recinto
cerrado y con la adecuada estanqueidad.
Existen dos tipos de instalaciones que se han venido utilizando en las diversas
aplicaciones: Instalaciones Centralizadas e Instalaciones Modulares.
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En las instalaciones centralizadas, el agente extintor, Halón 1301, se almacena en una
batería de cilindros de acero, donde se le sobrepresuriza con nitrógeno seco hasta
unas presiones de trabajo normalizadas de 25 bars y 42 bars. El gas se descarga en el
recinto a través de unas boquillas colocadas en los techos y falsos suelos de los
locales, hasta las que el agente extintor es conducido por una red de tuberías.
Fig.1. Instalación de Halón Centralizada
Los componentes típicos del sistema son:
1. Módulo de extinción.
2. Botellín de disparo piloto.
3. Botellas esclavas.
4. Colector de descarga.
5. Válvulas de disparo automático.
6. Boquillas de Halón.
7. Detector automático.
8. Central de detección y control.
9. Alarma acústica.
10. Pulsador de disparo.
11. Pulsador de paro de extinción.
12. Letrero luminoso “HALÖN DESCARGADO-NO ENTRAR”.
En las Instalaciones Modulares, el agente extintor se almacena en cilindros o esferas
autónomas, equipados con todos los elementos necesarios para el disparo y control,
así como la boquilla de descarga. Estas instalaciones presentan un plus de facilidad
de montaje, ya que no es necesario ni el complejo cálculo de la red de tuberías ni su
instalación. Esta sencillez para el instalador, crea un buen número de puntos
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vulnerables en cuanto a la fiabilidad del sistema: número de dispositivos de disparo
elevado, dificultad de control, peor o insuficiente homogeneización del gas halón en
la atmósfera protegida. Sin embargo la inmensa mayoría de los sistemas instalados
pertenecen a este tipo.
Fig.2. Instalación de Halón Modular
Los elementos que componen estas instalaciones son similares a las instalaciones
centralizadas, con la excepción hecha de los recipientes autónomos:
3.- Cilindro autónomo en Falso Techo
6.- Cilindro autónomo en Sala
7.- Cilindro autónomo en Falso Suelo.
Productos de descomposición térmica
Si bien una descarga en frío (sin fuego) de Halón 1301 en concentraciones de hasta el
7% en volumen permite la presencia de personal, respirando el gas en tiempos de
hasta 15 minutos, en presencia de fuego el Halón 1301 se descompone, generando
ácidos, principalmente bromhídrico y fluorhídrico, compuestos altamente tóxicos e
irritantes.
La concentración de estos productos depende de diversos factores entre los que se
puede destacar, tamaño del recinto, superficie del fuego, superficies calientes, y
tiempo transcurrido hasta la extinción.
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4.4. RESUMEN
Los halones han sido unos agentes extintores de alta eficacia y efectividad mientras han
estado disponibles en la industria. Su capacidad destructora del ozono, ha motivado su
prohibición de uso y el cese de su fabricación.
A pesar de su enorme eficacia extintora, el mal uso y abuso en la utilización del halón
1301, ha provocado que muchas de las instalaciones de halón 1301 existentes carezcan
de fiabilidad alguna.
Cuando se utiliza el Halón 1301 en inundación total, es prioritario garantizar, la
estanqueidad del recinto, la rapidez de la detección, y la inmediata homogeneización de
la concentración. Cuando estos requisitos no se cumplen, los sistemas de Halón 1301,
presentan unos niveles de eficacia y fiabilidad deplorables para la protección de
incendios.
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LOS SISTEMAS DE AGENTES LIMPIOS
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5. LOS SISTEMAS DE AGENTES LIMPIOS ....................................
5.1. INTRODUCCIÓN
“Agentes limpios” es la traducción española adoptada para el término inglés “clean
agents” con el que se definen un conjunto de gases que se emplean como agentes
extintores, y que han sido desarrollados para su utilización en lugar de los halones, a
causa de la prohibición de uso que existe sobre estos últimos.
Los agentes limpios, se dividen en dos familias de características muy diferentes: los
agentes extintores tipo halocarbonado, de composición química similar a la de los
halones, y de características físicas asimismo similares. Son gases que se almacenan en
forma líquida, bajo su propia presión de vapor, y que se sobrepresurizan con nitrógeno,
para mejorar su velocidad de descarga y parámetros de aplicación; y los gases inertes,
simples o mezclas, que se almacenan como gases comprimidos. Tanto unos como otros,
se evaporan, después de su uso sin dejar residuo, lo que justifica la denominación de
agentes limpios.
El diseño, instalación y mantenimiento de estos agentes extintores, viene regulado por
diversos standards internacionales y nacionales:
•
ISO 14520 1/15 Gaseous fire-extinguishing systems First Edition August 2000.
•
NFPA 2001 Standard for Clean Agent Fire Extinguishing Systems 2004 Edition.
•
UL 2166 Standard for Halocarbon Clean Agent Extinguishing Systems Units,
First Edition March 31, 1999.
•
UL 2127 Standard for Inert Gas Clean Agent Extinguishing System Units, First
Edition March 31, 1999.
•
CEN prEN 14520 1/15 Fixed Firefighting Systems Gas Extinguishing Systems.
•
UNE 23570 1/15 Sistemas de extinción de incendio por agentes gaseosos, Abril
2000.
En los standards citados no se incluye el anhídrido carbónico, que está cubierto por su
norma específica, y que se distingue de los agentes gaseosos, denominados agentes
limpios, en que las concentraciones de extinción del CO2, hacen que su uso deba quedar
restringido a áreas no ocupadas, por su acción asfixiante.
Los sistemas de extinción mediante agentes limpios, se usan principalmente para la
protección de activos y objetos de alto valor, ubicados en recintos cerrados, normalmente
ocupados por personal, controlados, y donde se pueda garantizar la detección muy
temprana del incendio y la estanqueidad del recinto durante y después de la descarga.
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Los Sistemas de Agentes Limpios
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
Los agentes limpios que más comúnmente se comercializan en la actualidad son:
AGENTES LIMPIOS ACTUALMENTE COMERCIALIZADOS
AGENTE
NOMBRE
FORMULA
FABRICANTE
FK-5-1-12
NOVEC 1230
CF3CF2C(O)CF(CF3)2
3M
HFC 227ea
FM-200
C3F7H
Great Lakes
DUPONT
HFC-23
FE-13
CHF3
DUPONT
HFC-125
FE-25
CHF2CF3
DUPONT
HFC-236fa
FE-36
C3F6H2
DUPONT
IG - 541
INERGEN
N2(50%)+Ar (40%)+CO2 (8%)
WORMALD
IG - 55
ARGONITE
N2(50%)+Ar (50%)
GINGE KERR
IG - 01
ARGON
Ar (100%)
PREUSSAG
* Novec 1230, es el nombre comercial, de este producto, que ha sido puesto recientemente en el mercado
por la empresa 3M de Minnessota (USA). En principio, Novec 1230 presenta unas características, tanto
desde el punto de vista de la fiabilidad como agente extintor, como en lo que respecta a sus características
medioambientales, que lo sitúan como un serio candidato a ocupar los primeros puestos entre los agentes
limpios del próximo futuro.
5.2. CARACTERÍSTICAS MEDIOAMBIENTALES
La obligada retirada de los halones se produce como consecuencia de la reglamentación
derivada de la aplicación del Protocolo de Montreal, suscrito por los países adheridos en
Septiembre de 1987. Esta reglamentación prohíbe el uso de sustancias, que deterioren la
capa de ozono, en protección de incendios. La capacidad de destrucción del ozono, se
mide mediante un coeficiente denominado ODP (Ozone Depletion Potencial) que debe
tener valor cero para todos los nuevos agentes extintores. El ODP tiene un valor de 1
para el CFC -11, y los demás CFC´s o HCFC´s se miden comparando su capacidad de
destrucción del ozono con la del CFC – 11.
Además del problema medioambiental que causa el deterioro de la capa de ozono, las
autoridades medioambientales se preocupan por otros dos aspectos, relacionados con los
nuevos agentes extintores y otros productos. Su capacidad para contribuir al “efecto
invernadero” que se mide por medio de un factor denominado GWP (Global Warming
Potential). El otro área de preocupación medioambiental, es el tiempo de permanencia en
la atmósfera sin degradarse, que se evalúa por un parámetro llamado ALT (Atmosferic
Life Time). Preocupa que compuestos para los que no se conocen efectos perniciosos
para el medioambiente en la actualidad, puedan ser identificados posteriormente como
causantes de algún daño a la atmósfera.
Con posterioridad a la firma del Protocolo de Montreal en 1987, se firmó en 11.12.1997
el Protocolo de Kyoto – Convenio Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio
Climático, en el que se aprueban objetivos de reducción de vertidos de gases, y entre
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Los Sistemas de Agentes Limpios
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otros acuerdos se definen los principales gases con “Efecto Invernadero”: CO2, CH4,
N2O, HFC, PFC, SF6 , que forman la “Cesta de Kyoto”.
El Protocolo de Kyoto se está aplicando de una manera desigual, dependiendo de cada
país, pero en algunos países del norte de Europa han decidido prohibir el uso de los PFC
y HFC en protección de incendios, y en Italia se anuncia su prohibición a partir de
31.12.2008. En España, por el momento no existe ninguna restricción para los HFC, por
lo que estos productos, de momento se pueden seguir utilizando.
La siguiente tabla incluye las características medioambientales de los agentes limpios
más comúnmente comercializados.
AGENTE
COMERCIAL
ODP1
GWP2
ALT3 (Años)
Novec 1230
Novec 1230
0
1
0,014
HFC 227ea*
FM - 200
0
3.300
31
HFC-23*
FE - 13
0
12.100
280
HFC-125
FE - 125
0
3.200
41
HFC-236fa
FE - 236
0
9.400
220
IG - 541
INERGEN
0
0
0
IG - 55
ARGONITE
0
0
0
IG - 01
ARGON
0
0
0
Halón 1301
Halón 1301
16
5.800
100
1
Relativo al CFC – 11.
Basado en 100 años en el horizonte relativo al CO2.
3
Años.
2
5.3. MECANISMOS DE EXTINCIÓN
Los nuevos agentes limpios, halocarbonados y gases inertes, son agentes extintores es de
naturaleza muy diferente a la de los halones, que extinguen por inhibición, o rotura de la
cadena de combustión. El mecanismo de extinción en los agentes limpios se debe a la
combinación de diferentes fenómenos de naturaleza física y química, y que actúan de
forma distinta para cada tipo de agente. Entre estos fenómenos podemos citar los
siguientes:
•
Enfriamiento de la reacción de combustión, mediante la extracción del calor
latente de vaporización de los gases (descargados en fase líquida), absorción de
calor en fase gaseosa y energía absorbida por la descomposición térmica del
producto. Cuando este proceso alcanza el nivel adecuado, la temperatura de las
llamas desciende hasta un valor, por debajo del mínimo necesario, (límite inferior
adiabático), para que se sustente la reacción de combustión y se produce la
extinción de la llama.
•
En un grado mucho menor, que en la extinción con halones, en el proceso de
extinción con agentes limpios, parece que subsiste cierta acción de supresión
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Los Sistemas de Agentes Limpios
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química, debida a la presencia de los átomos de fluor de los compuestos
halocarbonados. La menor incidencia de esta acción química en el proceso, hace
que con los halocarbonos se precisen mayores concentraciones de extinción, que
las utilizadas para los halones.
•
La reducción de la concentración de oxígeno, juega un papel importante en el
descenso de la temperatura de la llama. En el caso de los halocarbonos, este
proceso tiene una importancia menor, pero en los gases inertes, juega un papel
principal. En los gases inertes la extinción se logra por la combinación de la
reducción de la concentración de oxígeno y por el aumento de la capacidad
calorífica de la atmósfera resultante, después de la descarga del gas inerte. La
diferente capacidad térmica de la atmósfera resultante provoca que las
concentraciones de extinción de las mezclas de gases inertes sean diferentes en
función de la capacidad térmica de cada mezcla. Mientras que en una atmósfera
extintora de nitrógeno, por ejemplo, se obtiene la extinción de la llama de
heptano reduciendo la concentración de oxígeno al 14,6%, cuando se utiliza
argón, se debe alcanzar una concentración de oxígeno del 12,3 %. Estos niveles
de oxígeno se corresponden con concentraciones del 30% y 41% para el
nitrógeno y argón respectivamente
5.4. DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE AGENTES LIMPIOS
Tal como quedó expuesto en el primer capítulo, los requisitos necesarios de eficacia y
fiabilidad, que deben ir unidos a cualquier sistema de protección de incendios, no han
constituido la norma, frecuentemente, a la hora de diseñar, instalar y mantener muchos
de los sistemas de halón existentes, lo que ha terminado por generar bajos niveles de
eficacia y fiabilidad en estos sistemas.
Cuando se diseñan sistemas de extinción por agentes limpios, el rigor técnico necesario a
aplicar, es mayor si cabe que el necesario para el diseño de sistemas de halón, debido a la
menor eficacia intrínseca de estos productos con respecto a los halones, y al menor
margen disponible de seguridad, que existe entre la concentración mínima de diseño y la
máxima concentración admisible para su utilización en áreas normalmente ocupadas.
La eficacia y fiabilidad de estos sistemas se encuentra condicionada a que su diseño,
instalación y mantenimiento, se realicen con la máxima corrección, bajo la supervisión
de ingenieros de protección de incendios, expertos en este campo.
Revisemos los parámetros y condiciones que condicionan el diseño de estos sistemas y
que incluyen, entre otros, los siguientes:
• Concentración de extinción.
• Concentración de diseño, factor de seguridad y factor de diseño.
• Cantidad requerida de agente extintor.
• Tiempo de descarga.
• Distribución de boquillas y limitaciones de diseño.
• Programa de cálculos (Software).
• Concentraciones máximas de exposición. Toxicidad.
• Productos de descomposición térmica (PDT).
apici
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• Tiempo de retención. Estanqueidad.
• Sobrepresión del recinto.
Los parámetros anteriormente relacionados, están especificados en las normas de diseño,
y son, en alguna forma, independientes de las características particulares de los equipos
de cada fabricante.
Existen otras características relacionadas con el diseño correcto de la instalación, y
mucho más vinculadas con el hardware específico de cada fabricante. La selección de
fabricantes debidamente certificados y acreditados, y equipos aprobados, servirá de
garantía del cumplimiento de los requisitos que los Standards y Autoridades exigen para
los equipos.
5.5. CONCENTRACIONES DE EXTINCIÓN
No existe un valor genérico para la concentración de extinción. La concentración de
extinción debe determinarse mediante protocolos de prueba aprobados, para cada agente
extintor y combustible específico.
Los protocolos de prueba para la determinación de la concentración de extinción se
especifican en las diferentes normas, (NFPA, ISO, CEN, UNE), y son similares en
método y filosofía, en todas ellas. Estos protocolos de ensayo se han desarrollado
experimentalmente y verificado en diversos laboratorios. Definen escenarios de incendio,
repetibles con fiabilidad, y que son representativos de situaciones de fuego real.
Las normas NFPA y UL, incluyen protocolos de prueba completamente desarrollados,
mientras que en las normas, ISO, CEN, UNE, los protocolos se encuentran en fase de
terminación. Por tanto para el cálculo de la concentración de extinción es recomendable
referirse a los standards existentes NFPA y UL, y ya que las normas ISO, CEN y UNE,
una vez finalizadas, incluirán protocolos muy similares a estos.
La determinación de la concentración de extinción, mediante NFPA 2001, Edición 2000
especifica:
Combustibles Clase A:
•
UL 2127 y UL 2166
•
Hogar de madera en recinto de >100 m3
•
Hogar de placas de plástico de >100 m3. Se utilizan 3 tipos diferentes de
polímeros (PMMA, PP y ABS). (Fig. 3)
apici
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203mm x 406mm x 9.53mm
(8" x 16" xa")
Plastic Sheet
381mm (15")
254mm (10")
254mm (10")
Channel Iron Frame
Covered With Steel
Sheet on Top and Two Sides
Aluminum
Angle Frame
3.2mm (1/8") Allthread Rod
Fuel Support
533mm (21")
12mm
(½")
951mm
(37.5")
76mm
(3")
127mm
(5")
Load
Cell
Drip Tray
Load Cell
Cinder
Block
305mm (12")
Ignitor Pan
Polycarbonate
Baffles
89mm
(3.5")
851 mm (33.5")
32mm
(1¼")
305mm (12")
610 mm (24")
12mm (½")
Fig. 3. Hogar Clase A según UL
Fig. 4. Variabilidad de los tiempos de extinción
Combustibles Clase B:
•
Aparato de prueba “Cup burner” (Fig. 5)
•
Pruebas a escala real (UL e IMO*).
*
IMO (Organización Marítima Internacional) es la organización que regula las condiciones de
seguridad contra incendios en la marina comercial y ha establecido los protocolos de ensayo
específicos para los riesgos en barcos. Para las salas de máquinas, se incluyen fuegos de tipo balsa y
derrame, con combustibles de heptano y diesel. El volumen de prueba es 500 m3, y la intensidad del
fuego es muy elevada.
El aparato de prueba “Cup burner” consta de un tubo en cuyo interior existe una taza
(“cup”) en la que se hace arder un determinado combustible. El espacio interior del tubo
se rellena con una corriente de aire, mezclado con una parte del agente extintor que se
apici
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está probando a diversas concentraciones, hasta producir la extinción. Un inconveniente
de esta prueba ha sido la variabilidad de los resultados (Fig. 6), dependiendo de los
diversos laboratorios que realizan la prueba. En la actualidad se está revisando el
protocolo de ensayo para homogeneizar todos los parámetros de prueba y lograr la
coincidencia.
85 ± 2 mm
Chimney
535 ± 25 mm
235 mm
Diffuser
Fuel Inlet
Air/Agent Inlet
Fig.5. Esquema del aparato de prueba “Cup Burner”
HFC-227ea
HFC-23
HFC-236fa
HFC-125
IG-01
IG-55
IG-541
5,8 – 6,6 %
12-12,9%
6,3%
8,7%
38-42%
32,3 -35%
31-33,8%
Fig. 6. Variabilidad de los valores de ensayo “cup burner”
Existen algunas situaciones en las que la concentración de extinción determinada con los
protocolos descritos, puede resultar insuficiente. Es por ejemplo el caso en el que se
permita al incendio desarrollarse durante cierto tiempo, antes de la descarga del agente
extintor. En ese caso la energía radiante de las superficies sobrecalentadas próximas al
foco del incendio, radiarán energía al foco, haciendo precisa una mayor cantidad de
agente extintor para lograr la extinción. El proceso se ilustra en la Fig. 7
apici
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.
q rad
TF1 (Bulk)
.
q rad
TF2 (Bulk)
TF > TF
2
1
Fig. 7.
5.6. CONCENTRACIÓN DE DISEÑO
Los sistemas de agentes limpios se diseñan, en forma similar a los halones, mediante
aplicaciones de inundación total, es decir, descargando el agente extintor en todo el
volumen hasta alcanzar una determinada concentración, denominada concentración de
diseño.
Establecer la correcta concentración correcta de diseño es uno de los puntos más críticos
para la eficacia de los sistemas de extinción por agentes limpios. No existe un valor
genérico de la concentración de diseño para cada agente extintor, sino que este debe
calcularse para cada sistema específico que se diseñe, en función de las características
del recinto y la naturaleza y disposición de los combustibles contenidos.
La concentración de diseño, se determina mediante la siguiente fórmula:
CD = (CE x FS) x FD
donde:
CD = Concentración de diseño.
CE = Concentración de extinción
FS = Factor de seguridad
FD = Factor de diseño
La concentración de diseño se obtiene pues, multiplicando la concentración de extinción,
de acuerdo con los requisitos definidos en el punto anterior, por un factor de seguridad,
fijado por la norma de diseño (NFPA, ISO, CEN, UNE), al que se añade un factor de
diseño (NFPA), que depende de las condiciones específicas de cada proyecto
(complejidad de la red de tuberías, índice de obstrucciones, fugas, etc.).
5.6.1. Factor de seguridad
La utilización del factor de seguridad es un elemento consustancial con el diseño de
cualquier sistema de protección de incendios, y está destinado a incrementar el nivel
de fiabilidad, del sistema.
apici
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El Standard NFPA 2001, Edición 2000, establece los siguientes factores de
seguridad:
• Combustibles Clase B: 30%
• Combustibles Clase A: 20 % (Extinción automática)
• Combustibles Clase A: 30 % (Extinción manual)
• Inertización: 10%
La razón, en NFPA 2001, para exigir un factor de seguridad mayor, cuando se
utilizan sistemas de extinción manual, se debe a la previsible existencia de energía
radiante de retorno de los materiales recalentados, por el posible retardo en la
descarga del agente extintor.
El Standard ISO 14520, 1ª Edición (Agosto 2000), establece los siguientes factores
de seguridad:
• Combustibles Clase A y B : 30%
• Inertización: 10 %
5.6.2. Factor de diseño
En la última edición de la norma NFPA 2001, Ed. 2000, (no en ISO 14520 ni en
UNE 23570) se ha introducido el concepto de Factor de Diseño. El factor de diseño
implica una cantidad adicional de agente extintor para compensar factores inherentes
a cada diseño específico.
Mientras que el factor de seguridad está destinado a incrementar el grado de
fiabilidad del sistema de extinción para compensar alguna imprecisión de diseño o
error de cálculo en la concentración de extinción, etc., el factor de diseño está
destinado a compensar las condiciones específicas de una situación concreta que
dificulta la extinción. Algunas de estas situaciones, que requieren la utilización de un
factor de diseño son:
• Número de Tes en la tubería de distribución
• Altura sobre el nivel del mar
• Aberturas en el recinto que no pueden ser cerradas.
• Geometría particular del riesgo protegido.
• Obstrucciones que pueden entorpecer la distribución del agente extintor.
• Minimización de los niveles de productos de descomposición térmica.
Las redes de tubería complejas, especialmente cuando se protegen diferentes
recintos con el mismo sistema, presentan niveles de imprecisión en los cálculos de
los valores de descarga de cada boquilla, que deben ser afianzados, mediante la
utilización de un adecuado factor de diseño. La Fig. 9 relaciona los factores de
diseño exigidos por NFPA 2001 Ed.2000. En la Fig. 10 se ilustra un ejemplo.
Las variaciones de presión atmosférica debidas a la altura sobre el nivel del mar
también hacen que las concentraciones deban ser corregidas, cuando la altura del
lugar es superior a los 900 mts. sobre el nivel del mar.
apici
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Las aberturas en el recinto que no puedan ser cerradas, provocan la disminución
rápida de la concentración en el recinto. El procedimiento adecuado consiste en
proceder a su sellado, pero en ocasiones nos podemos encontrar ante la
imposibilidad de realizar esta operación y puede optarse por la utilización de
concentraciones iniciales mayores, con un sistema de mezclado (movimiento de
aire), lo que nos permitiría disponer de una concentración final superior a la
concentración mínima requerida.
Aunque todos los gases, en principio, presentan unas características de difusión muy
notables, las distribuciones de objetos en los recintos protegidos, con un nivel de
obstrucciones muy alto, hacen recomendable, especialmente en el caso de los
halocarbonos, la utilización de cantidades de agente extintor iniciales superiores a
las mínimas requeridas.
Por otro lado, la utilización de concentraciones de agente extintor más elevadas
disminuye la cantidad de productos de descomposición térmica (FH). Esta puede ser
una muy buena razón para utilizar un factor de diseño adicional, cuando se trabaja
con halocarbonos.
En la Fig. 8, se presenta un cuadro, donde se recogen los valores para las
concentraciones de extinción y diseño, tal como se indican en la norma ISO 14520
(UNE 23570/7), y a efectos de evaluación, se indican los valores NOAEL y
concentraciones para el Halón 1301.
Fig.8. Concentraciones de extinción y diseño para fuegos clases A y B s/ ISO 14520
AGENTE
CUP BUR.
(n-heptano)
DISEÑO B
(mínimo)
CLASE A
(Superficial)
DISEÑO A
(mínimo)
NOAEL
FK-5-1-12
4,5%
5,9%
3,5%
4,6%
10,0%
HFC227ea
6,6%
8,6%
5,8
7,5 %
9%
HFC-23*
12,0%
15,6%*
15%
19,5%*
50%
HFC - 125
8,1%
10,5%
n.d.
n.d.
7.5%
HFC – 236fa
5.3%
6,9%
n.d.
n.d.
10%
IG-55
32,3%
42,0%
29,1%
37,8%
43%
IG-01
37,5%
48,8%
29,2%
38%
43%
IG-541
29,1%
37,8%
28,1
36,5%
43%
HALON 1301
2,9%
5%
n.d
5%
5%
*Ver apartado 6.3 de ISO 14520 Parte 1. Para cantidades adicionales de agente extintor. Min: +11%
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Para concentraciones mínimas de diseño, mientras no se hayan desarrollado pruebas con los nuevos
protocolos de prueba, la concentración mínima de diseño para fuegos clase A será al menos el 90% de la
establecida como mínima para clase B.
NÚMERO DE
TES
HALOCARBONOS
GASES
INERTES
0-4
1.00
1.00
5
1.01
1.00
6
1.02
1.00
7
1.03
1.00
8
1.04
1.00
9
1.05
1.01
10
1.06
1.01
11
1.07
1.02
12
1.07
1.02
13
1.08
1.03
Fig. 9. Factores de diseño según número de tes en red de tubería
Riesgo 1
Cuenta de 8 tes para
el Riesgo 2
Cantidad de agente
adicional requerido:
4%
Riesgo 2
Riesgo 1
Diseño alternativo
para reducir a 4 el
número de tes
No se requiere
agente adicional
apici
Riesgo 2
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Fig. 10. Ejemplo de Factor de diseño por número de tes
5.7. CÁLCULO DE LA CANTIDAD DE AGENTE EXTINTOR
Una vez determinada la concentración de diseño, se debe calcular la cantidad de agente
extintor necesario, para alcanzar dicha concentración en el volumen protegido.
La cantidad de agente para los halocarbonados se determina por la siguiente fórmula:
W/V= (C/100-C)/S
donde:
W = cantidad de agente en Kg.
S = volumen específico del agente extintor en m3/Kg.
S= k1 + k2 t
donde:
t = temperatura mínima del recinto (ºC)
k1 y k2 son constantes de cada agente
V = volumen neto protegido
C = concentración de diseño
Los valores W/V se pueden encontrar en las tablas que se incluyen en las páginas
siguientes en función de dos entradas, concentración de diseño y temperatura del recinto.
Para el caso de del FE-13, la norma ISO 14520 requiere una cantidad adicional de agente
para compensar la parte de agente que queda en los cilindros después de la descarga
(mínimo 11%).
Para los gases inertes la fórmula a utilizar es:
X /V= Sr /S ln(100/100-C)
donde:
X = volumen de gas inerte requerido a 21ºC en m3
V = volumen neto protegido
Sr = volumen específico del gas a la temperatura de los cilindros (21ºC)
S = volumen específico del gas a la temperatura del recinto (t ºC)
S=k1+k2t
Los valores X/V se pueden encontrar en las tablas que se incluyen en las páginas
siguientes, en función de dos entradas, concentración de diseño y temperatura del
recinto.
apici
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Fig. 11. Factor de Volumen para el FK-5-1-12 unidades SI
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Fig. 12. Factor de Volumen para el HFC-125
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Fig. 13. Factor de Volumen para el HFC-227 ea
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Fig. 14. Factor de Volumen para el HFC-23
*De acuerdo con ISO 14520=10, Apartado 6.3. se precisan cantidades adicionales (min + 11%).
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Fig. 15. Factor de Volumen para el HFC-236 fa
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Fig. 16. Factor de Volumen para el IG-01
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Fig. 17. Factor de Volumen para el IG-541
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Fig. 18. Factor de Volumen para el IG-55
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5.8. TIEMPO DE DESCARGA DEL AGENTE EXTINTOR
El tiempo máximo de descarga admisible, para un agente halocarbonado es de 10
segundos, desde que se inicia la descarga hasta que se consigue el 95 % de la
concentración de diseño. A efectos prácticos el tiempo de descarga se puede medir desde
que aparece la primera gota líquida de agente en las boquillas, hasta el momento en que
la descarga es predominantemente gaseosa.
La limitación del tiempo de descarga en los halocarbonados tiene como objetivos
fundamentales:
•
Conseguir el suficiente caudal de descarga para conseguir una rápida y
homogénea mezcla del agente con la atmósfera protegida.
•
Limitar la formación de productos de descomposición térmica.
•
Limitar los daños producidos por el incendio y los productos de combustión.
En el caso de los gases inertes el tiempo máximo de descarga requerido para alcanzar
una concentración equivalente al 95% de la diseño, es de 60 segundos. Esta mayor
flexibilidad para los gases inertes viene motivada por la ausencia de productos de
descomposición térmica y por las limitaciones intrínsecas de este tipo de sistemas.
5.9. PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA.
En caso de incendio, todos los agentes limpios de tipo halocarbonado, HFC-227ea,
HFC-23, HFC-25, HFC-236a, en contacto con las llamas y el calor, producen ácido
fluorhídrico (HF) en cantidades mayores que las producidas por el halón 1301, en
condiciones similares, dependiendo del agente utilizado, del tipo y tamaño del fuego en
relación a las dimensiones del recinto, y de los parámetros de aplicación (tiempo de
descarga, concentración, etc.).
Por el contrario, los gases inertes y sus mezclas, IG-01, IG-55 y IG-541 no forman, como
es natural, productos de de descomposición térmica.
Grandes dimensiones del fuego en comparación con las dimensiones del recinto, se
corresponden con altas concentraciones de HF, y naturalmente con una fuerte reducción
en las concentraciones de oxígeno, elevado desarrollo de calor, elevada concentración de
monóxido de carbono, etc.
La cantidad de productos de descomposición térmica (PDT) depende de :
•
Tamaño del fuego en comparación con el volumen protegido.
•
Tiempo de descarga del agente extintor.
•
Factor de diseño utilizado.
Los productos de descomposición térmica, fundamentalmente el ácido fluorhídrico,
resulta peligroso tanto para el personal expuesto, como por su actuación corrosiva frente
a los equipos y objetos protegidos.
Para minimizar la formación de productos de descomposición térmica, los medios más
efectivos consisten en:
apici
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•
Utilizar concentraciones de extinción superiores al valor mínimo
establecido. Pruebas realizadas con concentraciones del 7.6% y 8.8% con FM
200, para el mismo escenario de incendio demuestran que el principal efecto
resultante de utilizar concentraciones superiores de agente, es el de la menor
cantidad de productos de descomposición.
•
La selección de sistemas de detección precoz del incendio que inicien la
extinción rápida del mismo cuando este tiene dimensiones mínimas.
•
Limitar el tiempo máximo de descarga del agente extintor, que está fijado
por los standards de diseño en 10 segundos.
HF Concentration (ppm)
En la Fig. 18 se representa los resultados de las pruebas realizadas con distintos agentes
extintores, a distintas concentraciones de diseño, distintas dimensiones del recinto y
protocolos específicos de prueba.
12000
11000
10000
9000
8000
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
3
Fire Size to Room Volume Ratio (kW/m )
Agent
Halon 1301
NAF-SIII
CEA-410
CEA-308
FM-200
FE-13
NASA
(1.2 m 3) (28 m 3)
IMO Protocol (500 m 3)
(5%)
(12 %) Ansul
(12 %) NAFGT
(7%)
(8.5%)
(9%)
(8.6%) K-F
(8.6%) M/S-F
(8.6%) Chemetron
USCG (526 m 3)
(3.7%)
(13.2%)
(6.2%)
(7.2%)
(7.9%)
(5%)
(6.2%)
(6.0%)
(7.9%)
(7.0%)
(14.4%)
(14.4%)
(16%)
NRC (121 m 3)
(5%)
(12%)
(7.6%)
(8.8%)
Approximate HF Production Correlation
Fig 18. Concentraciones de FH
5.10. PROGRAMA DE CÁLCULOS. (SOFTWARE)
La eficacia de un sistema extintor mediante agentes limpios está condicionada a
conseguir la correcta concentración de diseño en el volumen protegido en forma rápida y
homogénea. La descarga del agente extintor, a través de las tuberías hasta las boquillas,
se comporta como un fluido compuesto por dos fases, líquido y gas. La predicción del
comportamiento de la descarga, y en definitiva de los caudales descargados por cada
boquilla, resulta de gran complejidad.
El cálculo correcto de las dimensiones de las tuberías y calibrado de boquillas, presiones,
caudales y cantidades de agente descargadas por cada boquilla, solo puede ser resuelto
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mediante la utilización de un programa de software, que específico para cada agente y
equipo determinado (hardware).
Hay que tener en cuenta que la mayoría de los sistemas de agentes halocarbonados no
se prueban mediante descarga real, ni durante el proceso de recepción, ni en las
pruebas periódicas posteriores, debido al impacto medioambiental y al elevado costo de
estos agentes extintores. Por tanto la utilización del programa está sustituyendo a las
pruebas de descarga real, y es preciso que el grado de fiabilidad obtenido sea el máximo.
En consecuencia, la utilización de un programa de cálculo aprobado es quizá el
requisito más importante a tener en cuenta, para estimar la fiabilidad de un proyecto de
sistema de extinción por agentes limpios, y es un requisito obligatorio, establecido así en
las normas de diseño (NFPA).
Los requisitos de precisión exigidos al programa de cálculo, que se contrastan durante su
ensayo y aprobación son los siguientes:
Halocarbonos (UL 2166):
•
Volumen del agente descargado en cada boquilla: ± 10%, desviación standard
inferior al 5%
•
Tiempo de descarga: ± 1 segundo.
•
Presión en la boquilla: ± 10%
Gases Inertes (UL 2127):
•
Masa del agente descargado en cada boquilla: ± 10%, desviación standard
inferior al 5%
•
Tiempo de descarga: ± 10 segundos.
•
Presión en la boquilla: ± 10%
Aprobación del programa de cálculo
La aprobación de un programa de cálculo para un fabricante de equipos, se realiza en
conjunción con los equipos de dicho fabricante, y se obtiene generalmente en dos fases:
Pruebas “pre-witness”
Consiste en la realización de un programa de pruebas, en un laboratorio “no notificado”,
en el que no se encuentra presente la autoridad de aprobación. En este programa se
ensayan los equipos del fabricante, con diversas configuraciones de 3 y 4 boquillas, en el
que se prueban, (al menos una vez), todos los límites del sistema. Todas las pruebas
deben resultar satisfactorias, y el contenido de las mismas se recoge en un dossier, que se
pone a disposición de la autoridad de aprobación.
Pruebas de aprobación
Una vez completada la primera fase se procede a un programa de pruebas en la presencia
de la autoridad de aprobación. Durante este proceso, la autoridad de aprobación procede
al examen de la documentación de las pruebas realizadas en la primera fase. Escoge y
cualquiera de las pruebas realizadas en la primera fase, y procede a su repetición,
debiendo confirmarse puntualmente los resultados reflejados en el dossier.
apici
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Además, se realizan al menos tres nuevas pruebas con nuevas configuraciones, en las que
la autoridad de aprobación fija los parámetros que juzga más oportunos. Todos los
ensayos deben resultar satisfactorios.
Pruebas de las boquillas de descarga
Uno de los requisitos de mayor importancia en un sistema de extinción por agentes
limpios, es lograr la distribución homogénea del gas en la concentración de diseño en el
tiempo máximo establecido. Por este motivo, el comportamiento de las boquillas de
descarga es de la mayor relevancia.
Durante las pruebas de aceptación de UL se ensayan las boquillas, de forma que a la
máxima altura para el que la boquilla es “listada”, se produzca la extinción de fuegos de
heptano, situados bajo la boquilla y a la mínima presión de trabajo de esta. También se
comprueba de igual forma, que para el área máxima de cobertura “listada” (típicamente
100 m2), colocando la boquilla en un “plenum” con la mínima altura “listada”,
(típicamente 0,5 m.) y de nuevo a la mínima presión de diseño.
5.11. TOXICIDAD. CONCENTRACIONES MÁXIMAS DE
EXPOSICIÓN DEL PERSONAL
Como principio general, se debe evitar, la exposición innecesaria del personal, a la
descarga de cualquier agente extintor. A tal efecto se instalarán, cuando sea necesario,
los mecanismos de retardo que permitan la evacuación del personal del recinto protegido
antes de la descarga, así como los dispositivos ópticos y acústicos de alarma de descarga,
en el interior y exterior del recinto.
Todos estos requisitos deben ser examinados y seguidos de forma muy cuidadosa, y
contemplados dentro de los Planes de Emergencia y de la aplicación de la Ley de
Prevención de Riesgos Laborales.
Los sistemas de extinción mediante agentes limpios están destinados principalmente a la
protección de áreas normalmente ocupadas, por lo que las concentraciones máximas
producidas en el volumen protegido se deben mantener por debajo de los límites de
toxicidad admisibles.
Las concentraciones máximas admisibles para los agentes halocarbonados vienen
definidas por los siguientes parámetros:
•
NOAEL – No Observable Adverse Effect Level (Máximo nivel de concentración
de agente para el que no se han observado efectos de toxicidad)
•
LOAEL – Lowest Observable Effect Level (Mínimo nivel de concentración de
agente para el que se han observado efectos de toxicidad)
•
PBPK – Phisiologically-Based-Pharmacokinetic, modelo que considera la
concentración máxima admisible en la sangre del agente extintor y el tiempo
necesario para alcanzarla.
apici
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HALOCARBONADO
NOAEL
LOAEL
FK-5-1-12
10%
>10%
HFC - 125
7,5 %
10,0 %
HFC - 227ea
9,0 %
>10,5 %
HFC - 23
50 %
>50%
HFC - 236ea
10 %
15 %
Para los gases inertes, la concentración máxima admisible para las personas se mide en
función del oxígeno residual después de la descarga del agente extintor:
•
Una concentración de oxígeno residual del 12 % se asimila al NOAEL
•
Una concentración de oxígeno residual del 10 % se asimila al LOAEL
•
El protocolo PBPK no es aplicable a los gases inertes
GAS INERTE
NOAEL
LOAEL
IG - 01
43 %
52 %
IG - 541
43 %
52 %
IG - 55
43 %
52 %
Las concentraciones máximas de utilización permisibles son las siguientes:
Para áreas normalmente ocupadas:
- Halocarbonos
•
Hasta el NOAEL
•
Hasta el LOAEL con aplicación para el tiempo máximo de exposición del
protocolo PBPK (NFPA 2001)
- Gases Inertes
•
Hasta el 43 % (v/v %), que corresponde al 12 % de oxígeno residual con
una exposición máxima de 5 minutos
Para áreas normalmente no ocupadas:
- Halocarbonos
•
Hasta el LOAEL % (16 % de oxígeno residual) limitando la posible
exposición dentro de los tiempos fijados por el protocolo PBPK (NFPA
2001).
- Gases Inertes
apici
Los Sistemas de Agentes Limpios
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
•
Hasta el 52 % (10 % de oxígeno residual) limitando la posible exposición a
un tiempo inferior a 3 minutos.
•
Hasta el 62 % (8% de oxígeno residual ) limitando la posible exposición a
no más de 30 segundos.
•
Si el volumen protegido no es físicamente ocupable por personas, no existe
límite a la concentración máxima.
5.12. TIEMPO DE RETENCIÓN. (ESTANQUEIDAD).
La permanencia del agente extintor en el volumen protegido y el mantenimiento de la
concentración de diseño, durante el periodo mínimo de tiempo requerido, es un requisito
imprescindible para la eficacia de un sistema de extinción por agentes limpios.
Para evitar la reignición del combustible, es necesario mantener la inertización del
recinto durante un tiempo prolongado después de la extinción, hasta lograr el
enfriamiento suficiente del combustible
Resulta particularmente crítico, en el caso de combustibles que arden con formación de
brasas, o cuando existen elementos metálicos que permanecen sobrecalentados después
de la extinción, o cuando a la descarga del sistema no se acompaña del corte de energía
eléctrica.
El Standard ISO 14520 prescribe un tiempo de retención mínimo de la concentración
de diseño de 10 minutos.
El Standard NFPA 2001 no fija un tiempo mínimo de retención, sino que por el contrario
lo deja a juicio de la autoridad de aprobación del sistema, en base a una serie de criterios
que incluyen, entre otros, el tiempo esperado de respuesta del personal de emergencia, y
la persistencia de las fuentes de ignición.
Después de la descarga del agente extintor, la mezcla de aire - agente extintor formada,
en la concentración de diseño, genera un fluido gaseoso, que ocupa el recinto protegido,
y que tiene mayor densidad que el aire exterior. Este fluido al ser más denso que el aire,
tiende a fugarse por las aberturas y oquedades inferiores que presente el recinto, con
tanta mayor velocidad cuanto más abajo se localicen estas aberturas y mayor superficie
presenten. La totalidad de los nuevos halocarbonos que se usan en la actualidad, cuando
se utilizan a la concentración de diseño necesaria, producen mezclas más densas que las
generadas por el halón 1301 al 5%. Por tanto el problema de las fugas se agrava con la
utilización de los nuevos halocarbonados.
En definitiva, la falta de estanqueidad del recinto impide la retención de la mezcla aire agente extintor y provoca la disminución rápida de la concentración. El fenómeno
consiste en la formación de una interface descendente de agente extintor – aire, que se
fuga por las aberturas existentes en la parte inferior del recinto, haciendo que la
concentración de diseño desaparezca inmediatamente de las partes altas, y vaya
descendiendo hasta dejar al descubiertos y desprotegidos los equipos y objetos que se
encuentran en su interior.
El problema debe ser resuelto sellando las fugas y no se resuelve incrementando la
concentración inicial, que provocaría un mayor peso de la columna de agente-aire, y
como consecuencia aceleraría el proceso de vaciado, con la consiguiente disminución del
tiempo de retención.
apici
Los Sistemas de Agentes Limpios
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
Por el contrario, una alternativa factible, cuando no se pueden sellar la totalidad de las
fugas, puede consistir en incrementar la concentración inicial, disponiendo al mismo
tiempo que el equipo de climatización interior de la sala permanezca en funcionamiento,
para que se realice una mezcla continua de aire agente extintor. De esta forma se puede
conseguir el mantenimiento de un valor mínimo de concentración durante un tiempo
determinado.
Por tanto, cuando se va instalar un sistema de extinción por agentes limpios resulta
imprescindible garantizar la estanqueidad del recinto antes de la realización de la
instalación, y comprobar, de forma periódica (anualmente según NFPA) que la
estanqueidad se mantiene dentro de los límites admisibles.
Fig. 19. Tiempos de retención vs. Áreas de fugas
Agent Retention Time in 10x10x10 ft Enclosure
with FA=0.5, Highest Combustible at 7.5 ft
20
5% Halon 1301
8.7% FM-200
16.8% FE-13
11.7% FE-25
40.3% Inergen (IG-541)
54.6% Argon (IG-01)
45.5% Argonite (IG-55)
36.4% CO2
18
Agent Retention Time (minutes)
16
14
40.3% Nitrogen (IG-100)
12
10
8
6
4
2
0
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
2
Leakage Area (ft )
Fig. 20. Tiempos de retención vs. Áreas de fugas
Agent Retention Time in 10x10x10 ft Enclosure
with FA=0.5, Highest Combustible at 7.5 ft or
Lowest Combustible at 2.5 ft for Nitrogen
20
5% Halon 1301
8.7% FM-200
16.8% FE-13
11.7% FE-25
40.3% Inergen (IG-541)
54.6% Argon (IG-01)
45.5% Argonite (IG-55)
36.4% CO2
Agent Retention Time (minutes)
18
16
14
40.3% Nitrogen (IG-100)
12
10
8
6
4
2
0
0.00
apici
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
2
Los Sistemas
de Agentes
Limpios
Leakage Area
(ft )
1.75
2.00
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5.13. LA PRUEBA DE ESTANQUEIDAD. “DOOR FAN TEST”
La realización obligatoria de esta prueba del “Door Fan Test” se incluyó por primera vez
en el Standard NFPA 12 A (Edición de 1989), para los sistemas de Halón 1301, cuando
por las características medioambientales del Halón 1301, hubieron de prohibirse las
pruebas de descarga real. Las pruebas de descarga real se realizaban, como su propio
nombre indica, mediante la descarga real del sistema y tomando las lecturas de evolución
de la concentración a tres alturas diferentes.
Para verificar el grado de estanqueidad de un recinto se ha desarrollado un procedimiento
de prueba denominado “Door Fan Test”. Esta prueba permite evaluar la estanqueidad del
volumen a proteger y valorar el tiempo de retención para cada agente específico. En
función de los datos obtenidos, el ingeniero proyectista esta en condiciones de precisar
el tamaño del área de fugas y establecer los procedimientos de sellados y otras
correcciones oportunas.
La prueba “Door Fan Test” mide el área de fugas existente en el recinto y las presiones
estáticas que pueden existir a través de las paredes. Un software específico permite
calcular el tiempo de retención.
Para llevar a cabo la prueba del “Door
Fan Test”, se fija durante el tiempo que
dura la prueba (30 minutos aprox.), un
ventilador calibrado a una de las puertas
del recinto. (FIG. ) La velocidad del
ventilador se ajusta de forma que se
alcance una presión (normalmente entre
10 y 15 Pa.) entre el interior y el exterior
del recinto, que es equivalente a la
desarrollada por la columna de aire –
agente extintor después de la descarga, y
se mide el caudal que suministra el
ventilador. El software convierte las
medidas en un valor denominado ELA
(Equivalent
Leakage
Area)
que
representa el valor total de aberturas,
agujeros, grietas, etc., en las paredes del
recinto.
La prueba se realiza en los dos sentidos,
es decir en aspiración de aire desde el
recinto e impulsando aire desde el
exterior hacia el recinto. Las dos lecturas son promediadas por el programa para reducir
al mínimo los errores de medida y valores causados por el aire acondicionado y el viento.
El área de pérdidas que realmente afecta a las pérdidas de agente extintor durante el
tiempo de retención, es el que existe por debajo del techo y se denomina BCLA (Below
Ceiling Leakage Area) y que se puede medir con la ayuda de un segundo ventilador y un
conducto flexible, presurizando el techo y neutralizando las fugas a través del techo.
La realización de la prueba del “Door Fan Test” es sencilla de realizar. Establece el nivel
de fugas y predice el tiempo de retención, que debe ser superior a 10 minutos, o de
acuerdo al fijado por la autoridad competente. Además la prueba permite comprobar si el
área de venteo es suficiente para el alivio de sobrepresiones y si la habitación es estanca
apici
Los Sistemas de Agentes Limpios
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al humo exterior, riesgo de la mayor importancia para los equipos tradicionalmente
protegidos por estos sistemas.
Todos los standards de diseño de sistemas de agentes limpios, NFPA, ISO, UNE,
prescriben la realización obligatoria de la prueba de estanqueidad, antes de la instalación
del sistema y periódicamente durante la vida operativa del mismo, para verificar que no
cambian las condiciones de estanqueidad.
Fig. 21. Modelo de informe "Door Fan Test" ("pasa-falla").
apici
Los Sistemas de Agentes Limpios
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Fig. 22. Ventana de Software CA-2001 (Tiempo de retención)
Fig. 23. Ventana de Software CA-2001 (Cálculo Venteo)
apici
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5.14. SOBREPRESIONES EN EL RECINTO A CAUSA DE LA
DESCARGA
Como se ha establecido en los apartados anteriores la estanqueidad del recinto protegido
es esencial para la eficacia del sistema de extinción. Sin embargo, la excesiva
hermeticidad del recinto puede producir niveles de sobrepresión peligrosa, producidos
por la descarga del agente extintor.
Aunque, sin duda, es más frecuente encontrar recintos poco estancos que recintos
demasiado herméticos, cuando se diseña un sistema de extinción por agentes limpios es
necesario comprobar que el recinto dispone de las mínimas aberturas suficientes, para
aliviar los posibles excesos de presión.
La presurización del recinto protegido depende de los siguientes factores:
•
Área total de fugas
•
Clase de agente extintor
•
Tamaño del incendio
•
Concentración de diseño del agente extintor
•
Tiempo de descarga del agente extintor
Con la descarga de halocarbonos en el recinto la presión evoluciona en dos fases
diferenciadas. Primero se produce un rápido enfriamiento, debido a que la descarga se
realiza en fase líquida y el agente se evapora, lo que produce un descenso de la presión, o
en un pico de presión negativa. Posteriormente la mezcla aire – halocarbono, se calienta
por absorción de calor desde las paredes y objetos contenidos en el recinto, provocando
un aumento de presión. (Fig. 24.)
Por el contrario, la descarga de gases inertes genera siempre un incremento de presión
que debe ser liberado por las correspondientes aberturas deben existir en el recinto. (Fig.
25.)
Para evitar la excesiva sobrepresurización del recinto, se debe, en aquellos recintos muy
herméticos, disponer de una compuerta de alivio. La superficie de alivio, juega un papel
contrario en la retención del agente extintor. En consecuencia se debe tratar este aspecto
con sumo cuidado, y en ciertos casos puede resultar necesaria la inclusión de compuertas
de apertura y cierre ulterior. La ubicación física de las fugas es también de la mayor
importancia. Cuando se trata de disponer de aberturas de venteo, estas se deben ubicar en
las partes superiores, para impedir que contribuyan a disminuir el tiempo de retención.
La resistencia del volumen protegido, varía según el tipo de construcción, y resulta
probablemente inferior a lo que intuitivamente pudiera asumirse. Un valor conservador
de máxima presión admisible por un recinto de construcción normal, puede tomarse en
500 Pa.
El cálculo de la superficie mínima requerida de venteo se realiza mediante el software
aprobado de cada sistema y agente, que forma parte del manual de diseño, y también se
obtiene como parte de los cálculos realizados con le procedimiento de prueba del “Door
Fan Test”.
apici
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TM
8% FM-200
Enclosure Pressures
2
2
3
3
Discharge with 226 cm (35 in ) Leak in 85 m (3000 FT ) Enclosure
Nozzle
Liquid
Run-Out
Total
Discharge
1.75
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
Pressure (iwc)
Pressure (Pa)
2.00
Cylinder
Actuation
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
-50
-100
-150
-200
-250
-300
-350
-0.25
-0.50
-0.75
-1.00
-1.25
-1.50
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
Time (sec)
[Great Lakes Chemical Corporation, 1997]
Fig. 24. Evolución de la Presión en la descarga de Halocarbonos.
Enclosure Pressure
2.0
1.8
Measured
Predicted
Enclosure Pressure (iwc)
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0
10
20
30
40
50
60
Time (sec)
Fig. 25. Evolución de la Presión en la descarga de gases inertes.
apici
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5.14. CONCLUSIONES
•
EL PROYECTO
La selección, diseño, adquisición, instalación, pruebas y mantenimiento de los
sistemas de extinción mediante agentes limpios, no es un proceso simple. El
proyecto precisa de un cuidadoso planteamiento, estudio de los riesgos a
proteger, selección del adecuado agente extintor, equipos de extinción y
detección, análisis del recinto y de su ocupación y otros aspectos.
•
LA CONCENTRACIÓN DE DISEÑO
La concentración de diseño de cada agente extintor debe ser calculada de
forma individualizada para cada proyecto, en consideración al tipo de
combustible y características del recinto y disposición de los objetos
protegidos, considerando los adecuados factores de seguridad y diseño.
•
LA ESTANQUEIDAD DEL RECINTO
La estanqueidad del recinto es un requisito esencial para la eficacia de estos
sistemas. Se debe realizar siempre la prueba del “Door Fan Test”, tal como se
prescribe en todos los Códigos de diseño. Y se debe garantizar la
estanqueidad del recinto (puertas cerradas) durante la descarga y durante el
tiempo de retención.
•
LA TOXICIDAD
Los sistemas de extinción por agentes limpios se utilizan principalmente en la
protección de objetos de alto valor, en recintos cerrados y normalmente
ocupados. La concentración de diseño del gas extintor debe ser superior al
valor mínimo que garantice de forma fiable la extinción, e inferior a los
niveles mínimos de concentración que resulten tóxicos para el personal. Esto
hace que en muchos casos las condiciones de aplicación sean excesivamente
críticas, y cualquier error en el diseño, o condiciones del entorno protegido
podrían comprometer la fiabilidad del sistema.
•
LOS PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA
Es importante limitar la producción de productos de descomposición térmica.
Por ello las normas requieren un tiempo máximo de descarga del agente
extintor. (10 segundos para los halocarbonos, 1 minuto para los gases inertes).
También se puede limitar la cantidad de productos de descomposición
térmica, incrementando las concentraciones de diseño.
•
EL SISTEMA DE DETECCIÓN
Los sistemas de detección utilizados para el disparo de los sistemas de
extinción por agentes limpios deben garantizar la extinción cuando el
incendio se encuentra en sus inicios. Por consiguiente, y así se prescribe en
las normas de diseño mencionadas, es recomendable la utilización de sistemas
de detección precoz.
apici
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•
APROBACIONES
Es esencial, la utilización de equipos aprobados y soportados por un programa
de cálculo asimismo aprobado.
•
INGENIERÍA Y DISEÑO
La mayoría de estos sistemas protegen contenidos y actividades de alto valor.
Se suele confundir, la inocuidad que caracteriza las descargas accidentales de
estos sistemas, con la aparente simplicidad de su diseño. La selección, diseño,
suministro, instalación, mantenimiento y pruebas de estos sistemas se deben
llevar a cabo bajo el control de ingenieros de protección de incendios
especializados.
apici
Los Sistemas de Agentes Limpios
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Criterios de Selección de Sistemas de Protección Alternativos a los Halones
LOS SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA
apici
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6. LOS SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA ..................................
6.1. INTRODUCCIÓN
La necesaria retirada de los halones y búsqueda de sistemas de protección alternativos
se ha constituido en una de las causas de la utilización creciente de los sistemas de agua
nebulizada.
Los sistemas de protección por agua nebulizada, no son sistemas de gas sino sistemas de
protección por agua. Esta obviedad es conveniente recalcarla, porque la masiva
utilización de los sistemas de agua nebulizada, donde anteriormente se utilizaba halón,
hace que con frecuencia se sitúe a estos sistemas en el mismo conjunto de los gases
denominados agentes limpios, por parte de aquellos actores no demasiado expertos.
Como el resto de los sistemas por agua sus aplicaciones cubren el control, la supresión y
la extinción de incendios. Sin embargo y al contrario de los sistemas de agua
convencionales, utiliza agua limpia (potable) y en muy pequeñas proporciones. Esta
particularidad hace que los daños por agua sean mínimos o inexistentes, lo que ha
propiciado su idoneidad para su uso en la protección de aquellos riesgos
tradicionalmente protegidos por halón.
El agua, en términos generales, ha sido desde muy antiguo, el agente extintor por
excelencia. La eficacia extintora del agua se debe, principalmente, a su capacidad de
enfriamiento. Un gramo de agua
absorbe 1 caloría por cada gramo
y grado centígrado, en que
incrementa su temperatura. Y si el
calor absorbido es suficiente, se
evapora, cambia de estado, y al
evaporarse, cada gramo de agua,
que pasa de estado líquido a
vapor, absorbe 540 calorías, y
aumenta su volumen en 1.500
veces aproximadamente.
Desde los primeros años de
utilización del agua en forma
pulverizada,
no
pasó
desapercibido para los técnicos
pioneros de la protección de
incendios, el hecho de que a mejor
pulverización, esto es, a mayor
número de gotas para la misma
masa de agua, mayor superficie
puesta en juego, y mayor
capacidad de enfriamiento, y
consecuen-temente
mejor
rendimiento extin-tor.
Sin embargo, hasta tiempos muy
recientes no se ha avanzado en las
técnicas de pulverización ultrafina
apici
Los Sistemas de Agua Nebulizada
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o nebulización, para su aplicación comercial en sistemas de protección contra incendios.
Las razones que han limitado ese desarrollo parecen evidentes. De un lado cuanto
menor es la masa de una gota de agua, más difícil resulta impulsarla desde la boquilla
generadora hasta la base del fuego; y de otro, que para conseguir un mayor grado de
atomización, se precisa disponer de boquillas y equipos más complejos, que pueden
presentar problemas de obturación, y en consecuencia, que precisan de un
mantenimiento más exigente y costoso.
Las necesidades del mercado de protección de incendios, no parecían abrir mayores
posibilidades al agua como agente extintor, toda vez que para aplicaciones distintas a las
cubiertas por los sistemas convencionales de agua existían otros agentes extintores,
incluidos los halones, que resolvían el problema de la protección de incendios, en
determinadas aplicaciones, de forma económica.
En consecuencia, hasta muy recientemente, los esfuerzos industriales en el campo de la
pulverización de agua, hasta tamaños de gota muy pequeños, nebulización, han
caminado principalmente en los terrenos de la investigación, científico y académico.
Sin embargo el cese de la fabricación de halones a partir de 1994, ha obligado a revisar
todos los sistemas de extinción alternativos que pudieran aplicarse a los riesgos
tradicionalmente protegidos por halones, y en esa revisión, los sistemas de agua
nebulizada se han mostrado como una alternativa muy atractiva a los halones.
De otro lado, IMO (International Maritime Organization), desde primeros de los años
90, requirió la instalación de rociadores de agua automáticos, en todos los buques de
pasaje con capacidad superior a 35 personas a bordo, obligación que afecta tanto a
buques de nueva construcción como existentes. Este tipo de instalación conlleva la
inclusión de un peso muerto
importante y la necesaria
utilización de tuberías de
diámetros
difíciles
de
implementar en buques ya
construidos y en navegación
(“retrofit”). Los sistemas de
rociadores automáticos mediante
agua nebulizada, se presentan
como una alternativa muy
atractiva a la instalación de
rociadores
automáticos
en
buques.
Ambos factores, de forma
combinada, impulsan de forma imparable el desarrollo de los sistemas de protección de
incendios por agua nebulizada.
Al día de hoy, los sistemas de agua nebulizada se utilizan en la práctica totalidad de los
riesgos a bordo de buques, mercantes, de guerra y plataformas off-shore, y en un gran
número de aplicaciones terrestres, en la industria, comercio, y edificios residenciales y
de interés cultural y patrimonial.
El crecimiento del número de aplicaciones sólo se ve frenado por el coste de los
procesos de aceptación, que implican la relación de costosos ensayos, en los que
apici
Los Sistemas de Agua Nebulizada
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intervienen, laboratorios, consultores, aseguradores, clasificadores, usuarios y
fabricantes.
Los sistemas de agua nebulizada se diseñan para alcanzar diversos objetivos: extinción
de incendios, supresión de incendios, control de incendios, control de temperatura y
protección de exposición.
El Standard NFPA 750, Standard on Water Mist Fire Protection Systems, define como
“water mist” o agua nebulizada, al agua pulverizada en la que el Dv0.99 (Diámetro medio
del 99% de las gotas), de la distribución de gotas, es menor de 1000 micras a la presión
mínima de diseño de la boquilla pulverizadora.
Y el mismo Standard NFPA 750 define como Sistema de Water Mist, aquel sistema
provisto de boquillas pulverizadoras, conectado a un sistema de alimentación de agua, o
agua y agente impulsor, capaz de producir water mist, para controlar, suprimir o
extinguir fuegos, y que ha pasado las pruebas y aprobaciones necesarias para cumplir
los requisitos establecidos para su aprobación, y por el Standard.
Los sistemas de agua nebulizada constituyen sin duda una potencial elección en la
problemática de la “sustitución” de los halones. Son sistemas extintores de gran eficacia
y fiabilidad, que ofrecen ventajas y limitaciones que deben ser adecuadamente
ponderadas.
En los siguientes apartados se describen algunos de los aspectos más significativos
relacionados con los sistemas de agua nebulizada, en cuanto a sus características,
principios de funcionamiento, tipos de sistemas, diseño, aprobaciones, y al final un
pequeño resumen y guía del usuario.
6.2. EL AGUA NEBULIZADA EN ÁREAS NORMALMENTE
OCUPADAS
La utilización de los gases alternativos a los halones se somete a ciertos criterios para la
evaluación de su toxicidad, en función de si se trata de áreas normalmente ocupadas o
normalmente no ocupadas.
En esa línea los sistemas de agua nebulizada están autorizados para ser usados, en la
protección de “áreas normalmente ocupadas”, sin restricciones.
La EPA (Environmental Protection Agency) en los Estados Unidos, es la Agencia
Federal encargada de clasificar y limitar el uso de los agentes extintores alternativos a
los halones, para cada tipo de aplicación y áreas ocupadas o no ocupadas, dentro de un
programa denominado SNAP (Significant New
Alternatives Policy).
Al aparecer en el mercado, el agua nebulizada como
alternativa a los halones, la EPA acometió el
correspondiente
estudio
de
clasificación.
Preocupaba la posible afectación del agua
nebulizada sobre las personas expuestas, tanto en
descargas con fuego como sin fuego, por la
posibilidad de dispersión de microorganismos tipo
apici
Los Sistemas de Agua Nebulizada
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“legionella”, así como por el posible transporte, en caso de incendio, de partículas de
hollín o de productos de combustión hasta las vías respiratorias.
El estudio realizado concluyó en que no existían riesgos para el personal expuesto
siempre que el agua utilizada fuese agua potable o natural de mar sin aditivos.
La clasificación del agua nebulizada como agente extintor, utilizable en áreas ocupadas,
se publicó en el Federal Register de los Estados Unidos del 26 de Julio de 1995.
Por el contrario, cuando el agua nebulizada, se utiliza con aditivos químicos, tales como
el AFFF, o anticongelantes, no se permite de forma genérica su utilización en “áreas
normalmente ocupadas”, debiendo ser obtenido la aprobación caso por caso.
6.3. MECANISMOS DE EXTINCIÓN
Para poder comprender los mecanismos que intervienen en la extinción del incendio, es
conveniente conocer los fenómenos que condicionan la combustión. Se encuentra lejos
del alcance de esta ponencia, entrar en los detalles científicos de la combustión, pero
debemos analizar de forma somera algunos de los aspectos que nos serán, sin duda,
ilustrativos.
El fuego es una reacción exotérmica de
oxidación violenta de un combustible, con
emisión de luz y calor. El combustible
puede encontrase en estado sólido, líquido o
gaseoso. Pero lo que es importante para
comprender los mecanismos que determinan
la combustión y la extinción, es que la
combustión se desarrolla en fase gaseosa. Es
decir, los sólidos o líquidos que intervienen
en la combustión, previamente a iniciarse
esta, precisan generar gases combustibles
volátiles, que son los que participan en la
combustión. De acuerdo con la temperatura
a la que los sólidos o líquidos son capaces
de generar estos gases combustibles, los
combustibles presentan diferentes grados de
inflamabilidad. El inicio pues de la
combustión viene precedido por la emisión
de volátiles inflamables, (pirolisis) que
arranca del combustible una fuente de
ignición. Una vez iniciada la reacción de
combustión, el calor desarrollado por la misma, genera nuevas cantidades de volátiles
desde el combustible, que se aportan a la combustión, aumentando su desarrollo en
forma exponencial. Los elementos que condicionan el desarrollo de la combustión, son
el combustible en forma gaseosa, el oxígeno, y la temperatura. La extinción del fuego,
se consigue controlando alguno de estos elementos, lo que dio lugar a la representación
del archiconocido triángulo del fuego.
Los agentes gaseosos, en general, halones o sus sustitutos, tienen muy poca capacidad
de enfriamiento, por lo que su mecanismo extintor se relaciona principalmente con su
capacidad de inhibición o sofocación. Puesto que no se enfría el combustible, la emisión
apici
Los Sistemas de Agua Nebulizada
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de volátiles inflamables continúa después de lograrse la extinción, y se puede producir
la reignición del fuego cuando decaiga la concentración del gas extintor. Por tanto un
sistema de extinción por gas, liga su eficacia al mantenimiento de la concentración de
extinción durante un periodo determinado, en el que se produce el enfriamiento del
combustible y el cese de la emisión de volátiles. Es obvio que se precisa garantizar la
estanqueidad del recinto, para poder utilizar un gas como agente extintor en forma
eficaz y fiable.
A través de la gran cantidad de ensayos realizados durante la investigación y desarrollo
de los sistemas de agua nebulizada, como agente extintor, se ha identificado como
principio de extinción de incendios la combinación, en diferentes proporciones, de los
siguientes mecanismos principales:
•
Enfriamiento de las llamas y gases calientes
•
Reducción de la concentración de oxígeno
•
Dilución de los vapores inflamables.
•
Mojado y enfriamiento del combustible
•
Atenuación de la radiación
•
Efectos del cerramiento sobre la combustión
Estos son los fenómenos principales que intervienen en la extinción por agua nebulizada
de cualquier tipo de fuego, aunque con diferente nivel de participación, según se trate de
fuegos de un tipo de combustible u otro,
sólidos, líquidos o gaseosos, y de los tipos de
recinto, grado de ventilación del recinto, etc.
Enfriamiento
El agua nebulizada actúa extrayendo calor
de las llamas y gases calientes de
combustión, mediante la evaporación de
las pequeñas gotas de agua que se
introducen en la masa de llamas y gases
calientes. La temperatura de la llama decrece consecuentemente, hasta alcanzar, si
el ratio de aplicación de agua nebulizada es suficiente, el valor mínimo necesario
para el mantenimiento de la combustión (límite inferior adiabático), momento en
el que se produce la extinción.
La reducción de la temperatura de la llama, a su vez, reduce la energía radiante
recibida por el combustible, lo que resulta en una disminución del ratio de pirolisis
del combustible, es decir, de la aportación de volátiles a la combustión.
Reducción de oxígeno y dilución de vapores inflamables
La evaporación de las gotas de agua en el seno y superficie de las llamas, produce
un incremento de volumen de dichas gotas del orden de 1.500 veces. Este vapor de
agua impide la entrada del oxígeno necesario para la combustión en el interior de
las llamas, al mismo tiempo que se produce una dilución de la concentración de
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los gases combustibles. Este mecanismo actúa tanto en fuegos confinados como en
espacios abiertos.
Es importante destacar que este efecto de reducción de la concentración de
oxígeno se localiza en el seno y superficie de las llamas, y que por tanto es muy
diferente al mecanismo de reducción del oxígeno disponible, por el que actúan los
sistemas de CO2 y gases inertes. Mientras la atmósfera de un recinto en el que se
descarga agua nebulizada, no deja de ser respirable a causa de la descarga, la
descarga de CO2 en un recinto cerrado, hace irrespirable y posiblemente mortal la
atmósfera resultante.
Mojado y enfriamiento del combustible
Es el mecanismo dominante en la extinción de los fuegos que no producen
vapores inflamables a temperatura ambiente. Combustibles sólidos y líquidos con
punto de inflamación superior a las temperaturas ambiente normales.
En este caso, el mojado y dilución superficial de los vapores combustibles, por
debajo del límite inferior de inflamabilidad produce la extinción.
Asimismo se consigue evitar la propagación del fuego al evitar la emisión de
volátiles por los combustibles próximos a los que participan en el incendio.
Bloqueo de la radiación
La energía radiante de las
llamas en un fuego es el
principal
mecanismo
de
propagación, al generar o
incrementar la pirolisis de los
combustibles
próximos
al
fuego. La niebla descargada,
por sí misma, y el vapor
producido por su evaporación,
forman una eficaz pantalla que
atenúa o bloquea la radiación.
Efectos del recinto sobre la extinción
Las características del recinto donde se produce el fuego, juegan un papel muy
importante en la eficacia extintora, y en el nivel de participación de los
mecanismos anteriormente descritos. Las dimensiones y el grado de ventilación
son muy importantes.
La temperatura del recinto, por la acción del fuego permite que el aire dentro del
recinto soporte diferentes grados de concentración de vapor de agua, que actúa
como agente extintor.
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La actuación combinada de los mecanismos descritos anteriormente en la extinción de
incendios, hace que se consigan niveles de eficacia muy altos, y que las cantidades de
agua utilizada sean una pequeña fracción de las utilizadas en los sistemas de extinción
por agua tradicionales.
¿Cómo se consigue que las gotas de agua, que forman la niebla, actúen de forma que se
produzcan los efectos descritos? ¿Qué características debe tener la niebla producida, o
los sistemas de generación de agua nebulizada? Estas son preguntas, de difícil respuesta
y análisis por parte de los que se han adentrado en la investigación y desarrollo de este
interesantísimo campo. Por ello, al día de hoy, no existe una metodología que permita
establecer parámetros empíricos de sencilla evaluación para el diseño de los sistemas de
agua nebulizada, tal como se utilizan en el proyecto de otros sistemas de extinción. El
problema persiste incluso cuando se precisa extrapolar los resultados de los ensayos
realizados a escala real, a configuraciones distintas a las del ensayo. De hecho, los
sistemas de “water mist”, o agua nebulizada, son por derecho, típicamente sistemas
“performance based”, es decir sistemas que deben contar con una aprobación específica
que garantiza su eficacia, y que para su aprobación deben haber demostrado su
capacidad extintora en determinados escenarios de fuego, que se establecen en los
correspondientes protocolos de ensayo.
6.4. CARACTERÍSTICAS
DE
NEBULIZACIÓN DE LAS
LA
BOQUILLAS
Cuando se habla de agua nebulizada se piensa inmediatamente en un grado muy alto de
pulverización, o lo que es lo mismo en un tamaño de gota muy pequeño. Sin embargo la
eficacia extintora de una boquilla se encuentra relacionada con otras características.
Los siguientes parámetros definen la descarga de una boquilla nebulizadora:
•
Caudal (lts/min) o factor K
•
Densidad de la descarga (lts/min/m3
ó lts/min/m2)
•
Ángulo del cono de descarga
•
Cantidad de movimiento de las
gotas
•
Distribución de tamaños de gota
Estas
características
se
encuentran
íntimamente ligadas con la eficacia extintora
y los parámetros de aplicación: distribución
de boquillas, dimensiones del riesgo
protegido, tipo de combustible, tipo de fuego,
tipo de aplicación, tipo de recinto, etc.
Caudal
La cantidad de agua descargada por la
boquilla pulverizadora en la unidad de
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tiempo constituye el caudal de la misma, Q, cuyo valor se mide en lts./min.
El caudal de una boquilla depende del tamaño equivalente de su orificio y de la
presión de trabajo y responde a la ecuación:
Q= K x P1/2
En esta ecuación K es el coeficiente de descarga, un parámetro ligado a cada
boquilla, y P es la presión en la boquilla en bares.
En los sistemas de sprinklers o agua pulverizada, sistemas cuyo diseño se regula
por principios genéricos de ingeniería, esta característica de la boquilla es la de
mayor importancia.
Este parámetro permite observar la enorme diferencia que existe entre las
cantidades de agua descargadas por las boquillas de agua nebulizada y las
descargadas por boquillas de agua pulverizada o sprinklers convencionales, a
pesar de los diferentes rangos de presión utilizados. Las boquillas de agua
nebulizada se caracterizan por coeficientes K de valor, 1 a 5, mientras que cuando
tratamos con sprinklers nos movemos en coeficientes K del orden de 80 a 250.
Angulo cónico
Este valor es de la mayor utilidad para el diseño de los sistemas de agua
pulverizada, pues en estos sistemas es imprescindible garantizar el mojado de las
superficies protegidas.
Existen boquillas de baja presión, listadas, de chorro sólido con ángulos cónicos
típicos de 90º y 120º y de descarga líneal.
Otras boquillas por el contrario, en especial las de alta presión, son en realidad
multitoberas con formas y ángulos muy
específicos de cada fabricante.
Velocidad de la descarga
La velocidad, con la que la gota es
impulsada desde la boquilla, es un
parámetro de la mayor importancia toda
vez que al tratarse de gotas de muy poca
masa su recorrido y penetración depende
de la magnitud velocidad.
Por otro lado, la masa de agua que abandona la boquilla genera a su alrededor, por
efecto Venturi, un área de depresión, efecto que genera la necesaria turbulencia
que ayuda al movimiento errático de las gotas en el volumen protegido.
Cantidad de movimiento
Más importante que la velocidad, lo es el producto de su masa por la velocidad, lo
que resulta en una magnitud vectorial denominada cantidad de movimiento, y que
define de forma más nítida la capacidad de penetración de las gotas a través de las
llamas y gases calientes. Este parámetro representa no solo el producto de la masa
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y la velocidad de las gotas, sino también su dirección con respecto a la masa del
fuego.
Distribución de tamaños de gotas
Cuando hemos hablado del tamaño de gotas que definen lo que es el agua
nebulizada, que utilizamos en protección de incendios, se ha indicado, que dentro
del Standard NFPA 750, se define como agua nebulizada o “water mist” aquella
pulverización de agua, de tal forma que el 99% de las gotas producidas en unas
determinadas condiciones tengan un tamaño inferior a 1.000 micras. Este tamaño
de 1.000 micras es demasiado amplio y de hecho dentro de esa clasificación, caen
muchas de las boquillas que se utilizan en los sistemas de agua pulverizada, e
incluso rociadores automáticos (sprinklers) convencionales.
En la primera edición del Standard NFPA 750 (Ed. 1996), se definían tres clases
de agua nebulizada, en función del tamaño medio acumulativo de las gotas, y de
su Dv0,9:
Clase 1: Dv0,9 ≤200 micras
Clase 2: 400 micras ≥Dv0,9 > 200 micras
Clase 3: 400 micras< Dv0,9 ≤ 1.000 micras
Esta clasificación se suprimió en las sucesivas ediciones del Standard NFPA 750,
para evitar determinadas interpretaciones que se hacían en el terreno comercial, y
que atribuían la mayor calidad a la Clase 1.
La eficacia de un determinado sistema de agua nebulizada está ligada a la
producción de gotas de diversos tamaños, de tal forma que unas dispongan de la
cantidad de movimiento suficiente para
penetrar sin problemas a través de las llamas
y de la nube de gases calientes y otras, por el
contrario, interesa que evolucionen en forma
similar a los gases, para poder sortear las
obstrucciones que encontrarán a su paso y
así alcanzar los fuegos ocultos. Otras gotas
contribuyen a mantener una niebla en todo el
volumen, que actúa de escudo del calor
radiante.
En definitiva, no es el tamaño de la gota,
sino la distribución de tamaños de gota lo
que caracteriza fundamentalmente a una boquilla, y lo que hace que debamos
utilizar un tipo u otro en función de la aplicación.
6.5. MÉTODOS DE GENERACIÓN DE AGUA NEBULIZADA
Existen diversos métodos para generar agua nebulizada que van desde los más simples a
los más sofisticados, incluyendo métodos que solo tienen aplicación experimental a
nivel de laboratorio.
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Los métodos que se utilizan en la actualidad en protección de incendios se pueden
clasificar de acuerdo a tres tipos de boquillas:
•
Boquillas de choque (“impingement”)
La división del chorro de agua en pequeñas gotas se consigue mediante el
choque del chorro de agua contra un deflector que produce su
fraccionamiento. Es un sistema muy similar al que utilizan los sprinklers
convencionales, pero provistos de un deflector “ad hoc”. Son sistemas de
baja presión y que producen pulverizaciones Clase 2 y 3.
•
Boquillas tipo chorro (“jet”)
El agua se expulsa de la boquilla a alta velocidad, a través de una tobera
diseñada al efecto, que produce por efecto Venturi la atomización del
chorro en gotas muy pequeñas. Son sistemas que operan a alta o media
presión y pulverización Clase 1.
•
Boquillas de doble fluido (“twin-fluid”)
Mediante el uso de aire comprimido o nitrógeno a presión, se hace llegar a
una boquilla de mezcla provista de dos entradas, el agua y el aire o
nitrógeno, a igual presión. Desde la cámara de mezcla se expulsa el doble
fluido por los orificios de la boquilla al exterior. Estas boquillas trabajan a
baja presión, y el diseño de sistemas es
complejo por cuanto a cada boquilla
llegan dos líneas de fluido, cuyos
caudales
se
encuentran
interrelacionados.
La fabricación de una boquilla de nebulización para
su uso en sistemas de agua nebulizada no es tarea
sencilla, como lo evidencia el hecho de que cada
fabricante de sistemas de agua nebulizada haya
optado por una fabricación propia, con el elevado
nivel de inversión que ello supone, y toda vez que
existen fabricantes de boquillas de agua
pulverizada, que llevan decenas de años dedicados
exitosamente a dicha tarea.
Las boquillas para los sistemas de
agua nebulizada se fabrican en una
amplia variedad y número, y deben
ser usadas con los sistemas de
abastecimiento del propio fabricante,
para que se pueda garantizar la
vigencia de su aprobación, y por
tanto la eficacia y fiabilidad del
sistema.
En cuanto al tipo de activación,
existen boquillas abiertas, cerradas tipo sprinkler accionadas por fusible térmico,
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híbridas tipo sprinkler con abertura manual, emergentes antivandálicas, y un largo
etcétera.
En otro orden de cosas, y de acuerdo con las características descritas en el apartado,
características de la nebulización, las boquillas se diseñan para muy diferentes
aplicaciones y tipos de riesgos. Algún fabricante dispone en la actualidad de más 100
modelos diferentes, que incluyen características específicas relacionadas, con el
coeficiente de descarga K, ángulo cónico, tamaño de gota, temperatura de apertura, tipo
de accionamiento, altura máxima de instalación, etc.
La selección de un método de generación u otro depende de la aplicación, de su
aprobación, y de las consideraciones económicas, ya que en principio no se puede
establecer de forma categórica, que las boquillas de alta presión sean “mejores” que las
de baja presión, aunque también es cierto que existe un mayor número de aplicaciones
aprobadas entre los sistemas de alta presión que entre los de baja.
6.6. TIPOS DE SISTEMAS
Existen en la actualidad sistemas de agua nebulizada que operan bajo diversos
principios, y que han conseguido la aprobación para diferentes aplicaciones. Dentro del
marco del Standard NFPA 750, los sistemas de agua nebulizada se clasifican
obedeciendo a cuatro criterios diferentes: 1) según el método de operación, 2) según la
presión de trabajo, 3) según el tipo de aplicación y 4) según el tipo de boquilla.
MÉTODO DE OPERACIÓN
Según el método de operación los sistemas se clasifican en cuatro tipos diferentes:
•
Sistemas de diluvio.
•
Sistemas de tubería seca.
•
Sistemas de preacción.
•
Sistemas de tubería húmeda.
Sistemas de diluvio
Se utilizan boquillas abiertas distribuidas en el techo y paredes del recinto o
rodeando un objeto. Las tuberías permanecen secas hasta que la orden manual o
automática a una válvula de apertura, permite el paso del agua desde el sistema de
alimentación. Entonces el agua descarga simultáneamente a través de la totalidad
de las boquillas. Es el sistema que se utiliza en la protección de espacios de
maquinaria, recintos de turbinas y en aquellos riesgos donde se precisa llenar el
volumen protegido con niebla.
Sistemas de tubería seca
Los sistemas de tubería seca utilizan boquillas cerradas (sprinklers) en una red
cerrada de tubería, que se presuriza con nitrógeno o aire comprimido. La apertura
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de un sprinkler libera la presión y permite la apertura de una válvula diferencial
(en los sistemas de baja presión), que permite el paso del agua hacia los sprinklers
abiertos. Para los sistemas de alta presión no existen válvulas diferenciales, y se
utilizan válvulas operadas eléctricamente, en forma idéntica a como se hace en los
sistemas de preacción.
Sistemas de preacción
Un sistema de preacción es similar a uno de tubería seca, con sprinklers
automáticos cerrados en el que se utilizan válvulas cerradas y operadas
eléctricamente mediante un panel de control y un sistema de detección automática
de incendios. Cuando se detecta un incendio, se produce la apertura de la válvula,
permitiendo el paso de agua a la tubería, y convirtiéndose el sistema en uno de
tubería húmeda. El agua no obstante no se descarga hasta que se produce la
apertura de un sprinkler por efecto del calor. Se utiliza en aquellos riesgos donde
se quiere evitar al máximo una descarga accidental.
Sistemas de tubería húmeda
Es un sistema totalmente similar a los sprinklers convencionales de tubería
húmeda, con la salvedad de estar equipado con boquillas y sistemas de
alimentación de agua, destinados a producir agua nebulizada. El sistema consta de
una red de tubería conectada a un sistema específico de alimentación de agua, y
sobre la que se distribuyen con determinados criterios de espaciamiento sprinklers
de agua nebulizada cerrados. La apertura de un sprinkler, por temperatura,
provoca la descarga inmediata del agua nebulizada sobre el área afectada.
GAMAS DE PRESIONES DE TRABAJO
Conforme al tipo y presión nominal de funcionamiento, los sistemas de agua
nebulizada de acuerdo con el Standard NFPA 750, se clasifican en:
•
Sistemas de baja presión (P < 12 bars)
•
Sistemas de media presión (12 bars < P < 35 bars)
•
Sistemas de alta presión (P > 35 bars)
Desde que empezaron a comercializarse los sistemas de agua nebulizada, ha
existido una cierta controversia sobre qué sistemas de agua nebulizada resultan
más eficaces, con una clara mayoría a favor de los que opinan que son más
eficaces o mejores los de alta presión.
Lo único que parece claro, por el momento, es que los sistemas de baja presión
han encontrado un número más limitado de aplicaciones aprobadas, que los de alta
presión, que se han mostrado mucho más versátiles.
No parece haber ninguna razón técnica que permita asumir “a priori” factores a
favor de un sistema u otro. Por el contrario el diseñador puede elegir con toda
tranquilidad, siempre que el sistema elegido reúna el requisito imprescindible de
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estar aprobado para la aplicación específica, y que se diseñe e instale el sistema de
acuerdo con los requisitos contenidos en la aprobación
TIPOS DE APLICACIÓN
El Standard NFPA 750 define tres tipos de aplicación:
•
Sistemas de aplicación local.
•
Sistemas de inundación total.
•
Sistemas de aplicación por zonas.
Sistemas de aplicación local
Sistemas que se diseñan para descargar el agua nebulizada directamente sobre un
objeto o grupo de objetos, que se encuentran en un recinto cerrado de
dimensiones muy superiores a las del objeto protegido, o en un recinto
parcialmente cerrado o en un espacio abierto.
Para conseguir la extinción se debe conseguir que el agua nebulizada alcance
todos los puntos del objeto en que pueda producirse y mantenerse el fuego.
En este tipo de aplicación el mecanismo de extinción predominante es el
enfriamiento y mojado del combustible.
La actuación del sistema, se realiza normalmente, en forma automática mediante
un sistema de detección adecuado.
Ejemplos típicos de este tipo de aplicación son la extinción de fuegos en
freidoras industriales, transformadores interiores y exteriores, y almacenes de
líquidos inflamables.
Sistemas de inundación total
Son los equivalentes a los sistemas de inundación total en el caso de los sistemas
de extinción por gas. El objetivo de la protección es la totalidad del recinto
protegido. La ventaja en el caso de los sistemas de agua nebulizada, es que estos
son mucho más tolerantes a la falta de estanqueidad, que los sistemas de gas.
Se utiliza en el caso de riesgos contenidos en un recinto cerrado o parcialmente
abierto. Todos los mecanismos de extinción descritos en el apartado
correspondiente contribuyen a la extinción en mayor o menor medida.
El sistema consta de boquillas abiertas distribuidas por la totalidad del recinto,
de acuerdo con las reglas de espaciamiento definidas en el documento de
aprobación del fabricante.
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La actuación del sistema, se realiza normalmente, en forma automática mediante
un sistema de detección
adecuado.
Ejemplos típicos de esta
aplicación,
lo
constituyen la protección
de salas de máquinas y
salas de turbinas.
Sistemas de aplicación por zonas
Estos sistemas se diseñan para la protección parcial de un recinto evitando la
descarga de niebla en la totalidad del mismo. Es responsabilidad crítica del
diseñador definir el tamaño de las zonas y la selección del sistema de detección
adecuado.
Los sistemas de sprinklers de agua nebulizada son un ejemplo típico de esta
aplicación.
Otro ejemplo típico son los sistemas de extinción por agua nebulizada en
túneles.
6.7. COMPONENTES DE LOS SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA
Los sistemas de agua nebulizada, como todos los sistemas de protección contra
incendios, precisan utilizar unos equipos específicos aprobados para su uso, algunos de
los cuales deben además estar “listados”, es decir
incluidos en listas de materiales aprobados para su
uso por las entidades de homologación
correspondientes.
Los componentes básicos de un sistema de agua
nebulizada
incluyen:
boquillas,
tuberías,
accesorios, soportes, sistemas de alimentación de
agua, y los componentes relacionados con el
sistema de detección de incendios y el
accionamiento.
Los equipos de abastecimiento de agua y redes de
tubería y accesorios, utilizados para los equipos de
baja presión, son de tipo standard y muy similares
a los utilizados con los equipos de agua
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pulverizada o sprinklers convencionales, sin olvidar las presiones máximas a que pueda
operar el sistema. Pensemos que un equipo de baja presión, en el que se requiera una
presión mínima en boquilla de 12 bares puede requerir presiones en almacenamiento
superiores a 20 bares, y por tanto se deberán utilizar tuberías y accesorios acordes con
dichas presiones.
Por el contrario los sistemas de alta presión utilizan sistemas de abastecimiento, tuberías
y accesorios muy específicos.
Las bombas en estos sistemas, operadas por motor eléctrico o Diesel, son bombas de
desplazamiento positivo, es decir, de caudal constante, capaces de generar las altas
presiones requeridas. Debido a estas características y al elevado costo de los sistemas de
regulación automática de caudal-velocidad, se suelen montar baterías de bombas, que
suministran una fracción del caudal máximo previsto, y que van equipadas con válvulas
de alivio de presión, taradas a diferentes presiones, y su arranque se regula por
diferentes presostatos.
El diseño y supervisión de este tipo de bombas es muy delicado, ya que la curva de
demanda se consigue por el accionamiento de las válvulas de alivio, pudiéndonos
encontrar con demandas en que la regulación no sea posible con el tipo de construcción
elegido. Asimismo las características requeridas en cuanto a NPSH son también mucho
más críticas que las necesarias, cuando se utilizan bombas centrífugas.
Un tipo de bomba muy particular, que se utiliza con los sistemas de alta presión, con un
alto nivel de prestaciones, es la fabricada y patentada por Marioff, que es una bomba
alternativa accionada por nitrógeno o aire a presión, GPU (Gas Pump Unit), y cuyo
caudal se adapta automáticamente a la demanda.
Otros sistemas de abastecimiento consisten en baterías de botellas llenas de agua e
impulsadas por nitrógeno almacenado asimismo en botellas de alta presión.
Las tuberías y accesorios, válvulas, etc., utilizados en estos sistemas, precisan cumplir
con unas especificaciones muy exigentes, y su incumplimiento puede cuestionar
gravemente la fiabilidad de funcionamiento de los sistemas.
Las tuberías han de ser de acero inoxidable,
sin soldadura conformes a AISI 316/316 L,
según DIN 17458/DIN 2462, Tolerancias
D4/T3, 250 N/mm2, o con soldadura
conformes a AISI 316/316 L, según DIN
17457/DIN 2463, Tolerancias D4/T3,
limpiadas interiormente, y taponadas por
ambos extremos. Su curvado y cortado debe
hacerse siguiendo escrupulosamente las
instrucciones del fabricante. Las uniones y
tes, se deben emplear anillos progresivos y
accesorios en AISI 316, y utilizando siempre
máquina hidráulica (biconadora) y moldes
adecuados.
Todos los tramos de tubería deben ser
limpiados interiormente antes de proceder a
su montaje. Para ello, después de curvar,
cortar e instalar los accesorios en el tramo de
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Los Sistemas de Agua Nebulizada
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tubo correspondiente, se pasará por su interior un tapón flexible, que arrastre y limpie
los depósitos de suciedad. (Limpiadora “Jetcleaner” o similar).
6.8. DISEÑO E INGENIERÍA DE LOS SISTEMAS DE AGUA
NEBULIZADA
Los sistemas de agua nebulizada, por el momento, no permiten para su diseño, la
utilización de métodos genéricos de ingeniería, tal como ocurre con otros sistemas de
protección de incendios convencionales, como por ejemplo, rociadores automáticos o
sistemas de extinción por gas. En ambos casos podemos especificar unos parámetros
que pueden ser satisfechos, de forma genérica, por equipos de diversos fabricantes.
Por el contrario, los sistemas de agua nebulizada no permiten, por el momento, la
selección de estos parámetros genéricos. Para un mismo tipo de riesgo, una sala de
máquinas, por ejemplo, un fabricante puede precisar de caudales y número de boquillas,
tres veces superior a otro. En este caso, los componentes específicos, boquillas, válvulas
y bombas o equipos de alimentación
de agua, deben ser suministrados por
un único fabricante, y además
encontrarse
aprobados
para
la
aplicación específica.
Los usuarios y los diseñadores de
sistemas de protección de incendios se
encuentran frente a una tecnología, no
demasiado conocida y que es
absolutamente propietaria de cada
fabricante, lo que puede causar
extrañeza en ocasiones.
En consecuencia, el proyectista de un
sistema de agua nebulizada debe
trabajar con los parámetros de diseño
específicos de cada sistema en
particular, aprobado para su utilización
sobre un riesgo determinado.
No obstante, continúa la investigación de los mecanismos de actuación del agua
nebulizada, y los mecanismos de interacción con la llama de los diversos combustibles,
con el objetivo a medio plazo de encontrar procedimientos de ingeniería más simples.
Se considera que la supresión de incendios se consigue mediante la generación y
distribución de gotas de determinados tamaños, en una determinada concentración en la
totalidad del volumen del riesgo protegido. La concentración de gotas de agua tiende a
disminuir por la acción de la gravedad y la condensación sobre la superficie de los
objetos contenidos en el volumen protegido.
Al día de hoy no se disponen de criterios teóricos que permitan establecer parámetros
para el desarrollo del trabajo anteriormente enunciado, habiéndose obtenido valores
experimentales de los ensayos a escala real, que sirven, hoy por hoy para la aprobación
de los sistemas por los diversos fabricantes.
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No obstante, y al objeto de tener alguna medida que permita seguir avanzando en ese
camino, algunos investigadores han seleccionado algunos parámetros que permiten
relacionar la cantidad de de agua que se necesita para apagar un fuego de un tamaño
determinado.
El investigador R.Wighus, ha definido el SHAR (“spray heat absorption rate”) que
relaciona el ratio en el que el calor es absorbido por la evaporación de una determinada
masa de agua (Qw) en comparación con el calor que es liberado por el fuego (Qf)
SHAR= Qw/Qf
Para lograr la extinción de una llama de propano, el mismo investigador estableció que
solamente una fracción del calor desprendido de la llama (0,3), debía ser absorbida. Así
pues, podemos definir que el SHAR para la llama de propano es de 0,3.
Otro coeficiente es el establecido por P.Anderson, el REMP (“required extingushing
medium portion”), que es el cociente entre el ratio de aplicación de masa de agente
extintor requerido (m´c) al ratio de combustible consumido (m´g).
REMP=m´c/m´g
El parámetro REMP resulta similar al SHAR en cuanto que una determinada masa de
agua debe ser evaporada para extraer suficiente calor para extinguir la llama. Anderson
y su grupo de investigadores establecieron el valor del REMP, para la llama de propano
entre 1,2 y 2,2. Es decir que la masa de agua evaporada debe ser equivalente a una masa
de propano quemada multiplicada por 1,2 a 2,2. Esto equivale a una concentración de
agua suspendida en la unidad de volumen de 100 a 200 gr/m3.
Hay que tener en cuenta, que esas medidas se
realizaron en experimentos realizados en laboratorio, y
en condiciones óptimas de mezcla de la pulverización
con la llama de propano. Pero, asimismo resulta
curioso observar, que con una optimización máxima
en la aplicación del agua nebulizada se consiguen
eficacias, en términos de masa de agente extintor,
superiores a las del halón.
Se han desarrollado diversos modelos de supresión
basados en técnicas CFD (Computacional Fluid
Dynamics), y se empieza a tener un cierto
conocimiento empírico del problema. Es de esperar
que en un plazo más o menos corto, se puedan
disponer de estas herramientas de ingeniería, si no de
forma totalmente genérica, sí para los equipos de cada
fabricante en particular.
Pero después de todo, seguimos sin poder establecer una aproximación empírica,
excepto en algunas aplicaciones como es la de los sprinklers de agua nebulizada, donde
sí se aplican criterios de ingeniería similares a los de los rociadores automáticos.
Los sistemas de “water mist” se diseñan
tienen que ser contrastados con ensayos a
El documento de aprobación establece
parámetros del sistema: Espaciamiento,
aspectos.
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sobre criterios de “performance based” que
escala real y su correspondiente aprobación.
de forma inequívoca, los componentes y
duración de la descarga, layout, y otros
Los Sistemas de Agua Nebulizada
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Se continúa trabajando intensamente en el intento de encontrar bases teóricas que
permitan definir, dentro del marco de fiabilidad necesario, parámetros de ingeniería que
permitan diseñar nuevos sistemas, sin tener que incurrir en los elevados costes que
implica la necesidad de realizar ensayos a escala real de cada nueva aplicación.
Sin embargo, sí que es misión del consultor o ingeniería, establecer la idoneidad del
sistema para el riesgo protegido, certificar que se cumplen los límites de la aprobación,
o que son aceptables los límites de extrapolación. Y de otro lado la supervisón de los
cálculos hidráulicos, comprobando presiones, caudales, reserva de agua y tiempos de
extinción. Los capítulos, 7, 8, 9, 10, 11, 12 y 13 del Standard NFPA 750, establecen los
requisitos necesarios, para la instalación, diseño, cálculos, proyecto, aceptación y
pruebas de los sistemas de agua nebulizada. El conocimiento necesario, para abordar
estos proyectos, solo es previsible en aquellos ingenieros consultores especializados
específicamente en este campo.
6.9.
APLICACIONES, APROBACIONES Y ENSAYOS
En ausencia de métodos de ingeniería normalizados y aprobados, la importancia de los
ensayos a escala real y las correspondientes aprobaciones constituyen el “ser o no ser”
de los sistemas de agua nebulizada.
El uso de sistemas de agua nebulizada sin la correspondiente aprobación del sistema
para una aplicación determinada, es causa casi segura de ineficacia y falta de fiabilidad,
situación inaceptable, cuando se trata de un sistema de protección de incendios.
Diversas entidades de ensayo y aprobación, tales como FM (Factory Mutual Research
Corporation), UL (Underwriters Laboratorios Inc.), VDS (Verband der Schadenversichen), e IMO (International Maritime Organization) en marina, han desarrollado
protocolos de ensayo, que han permitido la aprobación de sistemas con disponibilidad
comercial en el mercado. Es importante utilizar los sistemas dentro de su campo de
aprobación únicamente. También se debe advertir que “ni están todos los que son ni
son todos los que están”, es decir que existen sistemas, con disponibilidad comercial,
que no disponen de ningún tipo de aprobación.
Otro aspecto de interés es que un mismo protocolo de ensayo puede conducir a la
aprobación de un sistema elaborado por dos fabricantes diferentes, pero un sistema
puede haber necesitado para pasar el test un número de boquillas hasta tres veces
superior al otro. De aquí, que de nuevo se deba advertir que los parámetros de
utilización del manual de diseño derivado del ensayo de un fabricante, por otro, puede
conducir, y casi con toda seguridad conducirá, a un sistema ineficaz.
El Apéndice C del Standard NFPA 750 Ed. 2003, contiene un número de protocolos de
ensayo con todo detalle.
Los protocolos de ensayo, se estructuran mediante la definición de recintos, tales como
salas de máquinas, turbinas, falsos suelos técnicos, etc., y para los que se especifican los
diferentes escenarios de incendio, y condiciones de entorno, ante los que el sistema a
aprobar en las condiciones extremas de diseño debe conseguir la extinción.
En los Estados Unidos, donde el mercado se encuentra totalmente regulado, por
standards, aseguradores y aprobaciones, es muy raro la utilización de sistemas que no se
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encuentren aprobados, habiendo seguido algún protocolo de ensayo. En Europa y Asia,
los usuarios tienden a aceptar ensayos “ad hoc” supervisados por una “tercera parte”.
El siguiente es un ensayo típico, del que se describen sus condicionamientos, tipos de
fuego, condiciones de aceptación, etc.:
Factory Mutual Research Corporation. Sistemas de protección por agua
nebulizada para la protección de recintos de Turbinas de Gas, y Salas de
Maquinas, hasta 80 m3 y hasta 260 m3
•
Tipos de fuego: Derrame y balsa con obstrucciones muy relevantes.
•
Causas: Roturas en circuitos de combustible, lubricación o hidráulicos.
•
Se asumen enclavamientos de:
ƒ
El lubricante debe seguir funcionando hasta la parada de las
máquinas.
ƒ
Cierre de puertas.
ƒ
Corte de ventilación.
ƒ
Sistemas eléctricos.
•
La duración del suministro de agua debe ser de un mínimo de 10
minutos.
•
El sistema de detección debe producir el disparo de la extinción dentro
de los 60 segundos siguientes a la ignición.
•
El sistema de agua nebulizada debe extinguir todos los fuegos de balsa y
derrame dentro de los 5 minutos siguientes al inicio de la descarga.
•
Además de las pruebas de fuego, el sistema debe probar la ausencia de
daños producidos por shock térmico en la carcasa de la turbina.
Se relacionan a continuación los ensayos disponibles por IMO, FM, UL, y VDS:
•
IMO.- MSC/ Circ. 668. Salas de Máquinas y Cuartos de Bombas.
•
IMO.- MSC/ Circ.913. Aplicación Local en Salas de Máquinas Categoría A.
•
IMO.- Res. A. 800. Sistemas de Sprinklers en áreas de acomodación, espacios
públicos y áreas de servicio.
•
FM.- Espacios de Maquinaria y Turbinas de Gas hasta 80 m3.
•
FM.- Espacios de Maquinaria y Turbinas de Gas hasta 260 m3.
•
FM.- Sistemas de Sprinklers de Agua Nebulizada para riesgos de tipo ligero
según NFPA 13.
•
FM.- Falsos suelos en Salas de Ordenadores. Sistema de extinción y lavado de
humos. (Sistema patentado por Marioff ).
•
FM.- Areas de “Wet benches” y otros equipos de proceso en Clean Rooms, en
fábricas de microelectrónica.
•
FM.- Sistemas de Aplicación Local para Salas de Máquinas.
•
UL.- Standard UL 2167 for Water Mist Nozzles for Fire Protection Service.
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o a) Espacios de Maquinaria.
o b) Acomodaciones.
o c) Acomodaciones > 12 m2.
o d) Espacios públicos.
o e) Areas residenciales.
o f) Riesgo Ligero.
o g) Riesgo Ordinario Grupos I y II.
o h) Ensayos de boquillas.
•
VDS.- VDS 2498 Guía para protección de Conductos de cables.
6.10. OTRAS APLICACIONES
Tal como se ha expuesto anteriormente se han desarrollado e instalado otras
aplicaciones basadas en el método de aceptación mediante ensayo “ad hoc” entre el
usuario, fabricante y una “tercera parte”.
Entre las más destacadas podemos citar:
•
Protección de trenes.
•
Protección de túneles.
•
Protección de riesgos en explotaciones Metropolitanas.
•
Protección de buques y submarinos militares.
•
Protección de hangares.
•
Centros de proceso de datos.
•
Transformadores.
•
Archivos y Bibliotecas.
6.11. CONCLUSIONES
•
Los sistemas de agua nebulizada constituyen uno de los mejores y más
prometedores medios de extinción de incendios disponibles en la actualidad. Se
diseñan, según la aplicación, para extinción de incendios, supresión de incendios
o control de incendios.
•
Su versatilidad y grado de fiabilidad es muy amplia, pudiendo ser utilizados para
la protección de riesgos muy diferentes, con ventaja sobre otros sistemas de
extinción convencionales.
•
Los sistemas de agua nebulizada son tolerantes ante la falta de estanqueidad de
los recintos cuando se utilizan por el método de inundación total, y se pueden
utilizar sin estanqueidad mediante sistemas de aplicación local o zonal.
•
Los sistemas de agua nebulizada están autorizados para su utilización en “áreas
normalmente ocupadas”.
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•
Las cantidades de agua utilizadas en comparación con los sistemas de sprinklers
o sistemas de agua pulverizada convencionales, son muy pequeñas.
•
La cantidad y calidad del agua utilizada y la naturaleza de los componentes de
las instalaciones (acero inoxidable) hace que los daños por agua sean mínimos o
inexistentes en ocasiones.
•
Los sistemas de extinción por agua nebulizada tienen una gran economía de
mantenimiento, y se pueden y deben probar con descarga real, tanto para su
recepción, como durante las pruebas periódicas, circunstancia que les confiere
una gran fiabilidad.
•
La niebla, en principio, cuando se utiliza agua desmineralizada, no es conductora
de la electricidad. Se han realizado pruebas hasta 130 KV.
•
La utilización generalizada de los sistemas de agua nebulizada por el mundo de
la marina, invita a pensar en un marco de alta fiabilidad.
•
Sus excepcionales virtudes solamente se corresponden con altos niveles de
eficacia y fiabilidad, cuando el proyecto, la instalación y el mantenimiento, se
realiza con sistemas aprobados, bajo la dirección de personal técnico
competente, e instaladores y mantenedores homologados por el fabricante.
•
Los sistemas de agua nebulizada no permiten, por el momento, su diseño
mediante principios generales de ingeniería, por lo que a la hora de su elección
debe depositarse la confianza en un determinado fabricante, y siempre es
conveniente la intervención de un consultor especializado.
6.12. REFERENCIAS
•
Handbook of Fire Protection Engineering. SFPE y NFPA. 3ª Edición 2001.
•
Fire Protection Handbook. NFPA. 19ª Edición. 2003-06-02.
•
Standard on Water Mist Fire Protection Systems. NFPA 750. Edición 2003.
•
Pipe Design Handbook for Use with Special Hazards Fire Suppression Systems.
Fire Suppression Systems Association. USA.
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LOS GENERADORES DE AEROSOLES
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7. LOS GENERADORES DE AEROSOLES ......................................
Incluimos en este dossier sobre los sistemas alternativos a la protección por halones, a
los generadores de aerosoles, por tratarse de una tecnología, que al igual que el agua
nebulizada, se ha visto impulsada por el cese de fabricación de los halones.
Sin embargo, los generadores de aerosol distan mucho del concepto que tenemos de
sistemas fijos de protección de incendios.
Por el momento, sus aplicaciones se encuentran limitadas a recintos no ocupados, y
donde no existan materiales especialmente sensibles.
Los aerosoles, producidos por los Generadores de Aerosol, que es como se denominan
estos aparatos, son partículas sólidas finamente divididas, de diversas composiciones
químicas, suspendidas en el aire, con tamaños del orden de 1 micra o superior, que
pueden permanecer en el espacio durante largos períodos de tiempo.
Los aerosoles se producen por la combustión de un elemento de encendido que
desencadena ciertas reacciones química, que consiguen la disociación de la materia
extintora inicialmente sólida. Durante la combustión, la carga extintora se transforma,
produciéndose una mezcla de aerosoles y gases.
Fig.1. Generador de aerosoles
La posibilidad de permanencia en el aire, es lo que les permite ser enormemente
eficaces en la supresión de fuegos, evitando la reignición e inertizando el ambiente sin
producir una disminución del nivel de oxígeno en el volumen protegido. A diferencia
del resto de sistemas contra incendios, no precisa de ninguna presión ni interna ni
externa para su aplicación, no se trata por tanto de aparatos a presión.
En forma similar a los Halones, los aerosoles suprimen el fuego mediante inhibición de
la reacción en cadena de la combustión, bloqueando los radicales libres, (O,H,OH).
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Los Aerosoles
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Los generadores de aerosol que utilizan como base el Potasio (K) reaccionan durante la
combustión con los radicales libres de hidroxilos inestables, formando hidróxido de
potasio (KOH) que es un compuesto muy estable.
Llegados a este punto las reacciones en cadena se interrumpen y la llama se apaga.
También se le atribuye una acción física, los generadores de aerosol basados en metales
alcalinos como el Potasio (K) presentan los potenciales de ionización mas reducidos,
por lo que con un aporte mínimo de energía es posible eliminar los electrones de sus
átomos respectivos, la energía la aporta la llama.
De esta forma la energía contenida en la llama se reduce en función del potencial de
ionización que se halla presente.
Fig.2. Diferentes Generadores de Aerosol
Cuando el tamaño de la partícula decrece, su ratio de sublimación aumenta. Los
aerosoles, en presencia de la llama, absorben calor y se evaporan, reforzándose todavía
más el mecanismo de inhibición en fase gaseosa, creándose una gran área de sumideros
de radicales libres.
Esta masa de aerosol se distribuye en el volumen protegido, y cada pequeña partícula de
Fig.3. Corte de un generador
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aerosol (de 0,5 micras a 5 micras de diámetro) absorbe la energía radiante que hay en el
ambiente. Esta combinación de acciones de apagado, caracteriza su eficacia con
relación a otros productos.
Su poder de extinción con relación a su peso es superior a la del Halón 1301 y superior
a los polvos químicos secos. Ningún agente extintor comercializado hasta la fecha
consigue estas eficacias de extinción.
Existen sistemas de generadores de aerosol con material refrigerante y sin él, pero al
tratarse de sistemas que se generan por combustión, la utilización de generadores sin
refrigerante no es recomendable.
Los componentes utilizados para la materia refrigerante son quizás en estos momentos
“la clave” de los aerosoles puesto que algunos de ellos producen temperaturas muy
elevadas.
Aún tratándose de una tecnología muy nueva, ya existen en la actualidad unos 10
fabricantes de estos sistemas y su concentración de diseño (masa de aerosol que se
precisa) para el apagado, varía desde 20 gr./m3 a 120 gr./m3.
Existen en el mercado generadores con y sin refrigerante, y de diferentes cargas y
composiciones extintoras.
Los aerosoles constituyen una nueva tecnología cuya aplicación parece limitada a
entornos de volumen limitado, normalmente no ocupados, y cuyo contenido no sea
especialmente sensible.
En el marco europeo y norteamericano no existe ningún Standard de aplicación, ni
aplicaciones normalizadas aprobadas.
A pesar de ello, y dentro del marco de la “cultura del halón” y de su sustitución, se han
realizado “sustituciones” de sistemas de halón por generadores de aerosol, que incluyen
la protección de recintos de gran volumen con cientos de estos generadores, e incluso la
protección de centros de proceso y telecomunicación (?).
Otra aplicación de la que hemos tenido conocimiento, es la protección del interior de
cuadros eléctricos y electrónicos, con consecuencias funestas para los equipos en
disparos accidentales, a causa del calor desprendido por el generador.
Su mayor atractivo sin duda, es su bajo coste y su facilidad de instalación.
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POLÍTICAS DE SUSTITUCIÓN DE LOS HALONES
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8. POLÍTICAS DE SUSTITUCIÓN DE LOS HALONES ....................
8.1. RETIRADA DE LOS SISTEMAS DE HALÓN
•
El Reglamento (CE) 2037/2000, publicado el 29 de Junio de 2000, obliga
a los usuarios de sistemas de halón, a su desmantelamiento y retirada del
servicio antes del 31 de Diciembre de 2003.
•
Quedan exceptuados de esta obligación los sistemas de halón para la
protección de actividades clasificadas, como “Usos Críticos”, de acuerdo
al Anexo VII, del Reglamento y que se relacionan a continuación:
− en aviones, para proteger las cabinas de la tripulación, las góndolas
de motor, las bodegas de carga y las bodegas de carga seca.
− en los vehículos militares terrestres y en los buques de guerra, para la
protección de las zonas ocupadas por el personal y los
compartimentos de motores.
− para hacer inertes las zonas ocupadas en las que puede haber fugas de
líquidos y/o gases inflamables en el sector militar, el del petróleo, el
del gas, el petroquímico y en buques de carga existentes.
− para hacer inertes puestos tripulados de control y de comunicación de
las fuerzas armadas o de otro modo esenciales para la seguridad
nacional, existentes.
− para hacer inertes las zonas en las que puede haber riesgo de
dispersión de material radiactivo.
− en el tunel del Canal y sus instalaciones y material circulante.
Las actividades descritas quedan estrictamente delimitadas a su
enunciado, y no permiten generalizaciones de ningún tipo. Es decir, los
usos críticos en aviación se refieren exclusivamente a las aeronaves y no
a otros tipos de instalaciones tales como aeropuertos, subestaciones, salas
de control, etc. Del mismo modo la excepción se aplica al resto de
actividades relacionadas.
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•
El desmontaje y correcto embalado para el transporte de los cilindros
contenedores de halón, debe ser realizado por la empresa mantenedora
del sistema.
•
Estos cilindros conteniendo el halón retirado constituyen un residuo que
debe ser retirado por un gestor de residuos autorizado, quién estará en
condiciones de tramitar y documentar la cesión del residuo para su
destrucción o reciclado tal como se especifica en el apartado 1 del
Artículo 16 del citado Reglamento.
•
Las competencias en materia de medioambiente corresponden a las
Consejerías de los Gobiernos Autónomos de cada Comunidad. En
consecuencia, los usuarios deben contactar con los responsables de la
Consejería correspondiente, donde debería ser oportunamente informado
sobre los gestores de residuos que operan en esa Comunidad y acerca de
la tramitación necesaria.
Políticas de Sustitución de los Halones
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8.2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE UN
SISTEMA ALTERNATIVO
•
La metodología para la selección de un sistema alternativo, debe
comprender una correcta evaluación del riesgo que estime las
potenciales pérdidas directas y consecuenciales; análisis del contenido a
proteger y de las características del continente; consideraciones sobre la
presencia permanente o no de personal; tiempos de intervención ante la
alarma, etc.
•
Los sistemas de protección alternativos disponibles se agrupan en dos
conjuntos diferenciados: las alternativas “in kind”, agentes limpios, y las
alternativas “not in kind”, constituidas fundamentalmente por los
sistemas de agua nebulizada.
•
Los agentes limpios, se dividen a su vez en dos grupos, los
halocarbonados y los gases inertes. Los sistemas de protección basados
en agentes limpios, proporcionan un medio “limpio” de extinción de
características similares a los halones en cuanto a los aspectos de
inocuidad para personas y equipos, en el caso de descargas
intempestivas. En lo que se refiere a su capacidad extintora, esta resulta
menor que la obtenida por los halones, y el margen seguridad personal –
fiabilidad de extinción es menor. Asimismo los productos de
descomposición térmica son más elevados con los halocarbonados, que
los producidos con los halones en condiciones similares.
•
Tanto para lograr los objetivos de inocuidad como de fiabilidad extintora,
los sistemas de agentes limpios precisan de un diseño riguroso, y de unos
procedimientos de instalación muy cuidadosos. Estas necesidades solo
pueden ser cubiertas cuando se cuenta con el soporte técnico de
ingenieros de protección de incendios especializados. Condiciones
imprescindibles para garantizar la eficacia de un sistema de agentes
limpios, son la estanqueidad del recinto y la selección de un adecuado
sistema de detección.
•
Existen ciertas inquietudes sobre el futuro de los HFC a causa de sus
connotaciones medioambientales. El impacto medioambiental y el
elevado coste de estos compuestos impide la prueba de los sistemas con
descarga real, lo que sin duda ensombrece las posibilidades de
evaluación.
•
Los sistemas de agua nebulizada, constituyen una excelente opción. Son
sistemas de mayor fiabilidad que los agentes limpios como sistemas de
protección de incendios, y además se pueden probar, por no presentar
ningún problema medioambiental y tener muy bajo coste de prueba
Sin embargo, los sistemas de agua nebulizada no son sistemas genéricos
sino que presentan características particulares que corresponden a los
equipos de cada fabricante, en cuanto a sus aplicaciones, aprobaciones, y
parámetros de diseño.
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Políticas de Sustitución de los Halones
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Los sistemas de agua nebulizada no son agentes limpios, pero las
cantidades y calidad del agua utilizada, unido a la gran fiabilidad de
accionamiento, minimizan o evitan los daños por agua.
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•
La revisión de la filosofía de protección de los riesgos, tradicionalmente
protegidos por halones, ha producido un fuerte incremento en la
utilización de sistemas de detección precoz por aspiración, o sistemas
ASD (“Aspirating Smoke Detection”). Esto ha sido especialmente
notable, en los riegos con especial sensibilidad al humo, o con
limitaciones para el correcto funcionamiento de la detección puntual.
•
¿Cuál es el sistema alternativo idóneo para una determinada
aplicación?
−
La respuesta no es ni puede ser simple. En principio la sustitución
del sistema de gas de halón existente, por otro sistema de gas, sin
myor análisis, “el que más nos guste o el que menos nos
disguste”, nos conducirá con alta probabilidad a un nuevo sistema
de protección de incendios poco eficaz y fiable.
−
La importancia y valor de los riesgos protegidos debería marcar el
necesario nivel de dicación profesional a este asunto. Es necesario
analizar el riesgo a proteger, definir los objetivos a alcanzar con el
nuevo sistema de protección, y razonar con una adecuada
metodología, cuál es el más adecuado. Y esto solo puede lograrse
con la intervención de profesionales competentes que son los
ingenieros de protección de incendios especializados.
−
El análisis debe incluir siempre la idoneidad del sistema de
detección existente y cuál sería el más conveniente para su
utilización en combinación con el sistema de extinción elegido.
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