sistemas de proteccion contra incendios (PQS, Halones, Espumas).pdf

8/18/2019 sistemas de proteccion contra incendios (PQS, Halones, Espumas).pdf

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Material de Apoyo, primer semestre 2016

Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultadde Arquitectura

Investigación desarrollada por Arq. Jorge L. Arévalo,Facultad de Arquitectura, USAC


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Sistemas de protección contraincendios

Es el conjunto de medidas que se toman para protegeruna edificación contra la acción del fuego. Los sistemasde protección contra incendios tienen 3 objetivos

principales:1. Salvar vidas humanas

2. Minimizar los daños o perdidas ocasionados por elfuego

3. Permitir la reparación de los daños ocasionados aledificio, recinto o inmueble dañado, reanudando suvida útil.

Jorge Luis Arévalo López, Facultad de Arquitectura, USAC


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Definición de fuego

El fuego se compone delcalor y la luzproducidos por lacombustión. Lasllamas, son la

manifestación visualde un procesoquímico decombustión quegeneralmente implica

la oxidación y laproducción de vaporde agua, y humo.



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¿Como se produce el fuego ?

Para que se produzca el fuegoes necesario que exista:

1. Oxigeno

2. Fuente de Calor o chispa3. Combustible

Cada uno de estoscomponentes debe de estar

dentro de limites que sonllamados superior, inferior ypunto de mezcla ideal.



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Limites de inflamabilidad



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Cuando estas condiciones se cumplen, tiene lugar el fuego y el incendio.


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¿Que es un Incendio ?Un incendio se define comoel fuego descontrolado

de grandes proporcionesque destruye todoaquello que no esta

destinado a quemarse.



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Carga Combustible


Parámetros de calculo:Gi : Masa del combustible (Kg)qi : Poder Calorífico delcombustible, Mj/KgCi: Grado de peligro deigniciónRa : coeficiente adimensionalde corrección A: área en metros cuadradosdel ambienten : Numero de combustibles


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Tiempo Equivalente de Exposición

Se define como tiempo equivalente de exposición como laduración del periodo de calentamiento, de acuerdo a lacurva estandarizada tiempo – temperatura, que nosproporciona un parámetro muy aproximado del grado de

temperatura alcanzada, de acuerdo al tiempo de duracióndel fuego.

Se debe de calcular el tiempo equivalente de exposición, paratener parámetros mas precisos de manera que cuando sediseñe la resistencia al fuego de los elementos

constructivos, el grado de incerteza en cuanto a latemperatura, este dentro de los limites aceptables ypermisibles, tanto de resistencia de los materiales, comodel tiempo de evacuación de usuarios



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Tiempo Equivalente de Exposición


Donde:T ed.: tiempo Equivalente de Exposición, en minutosKb: Coeficiente de conversión térmicaWe: Coeficiente de ventilaciónKc: Coeficiente de corrección por materialesqf,d: Valor de la densidad de la Carga de Fuego


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Curva estandarizada Tiempo Temperatura


CURVA NORMALIZADA TIEMPO TEMPERATURA, UNE EN 1363:2000

Tiempo t, en minutos 15 30 45 60 90 120 180 240

Temperatura en el sector, en ⁰C 740 840 900 950 1000 1050 1100 1150


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La protección contra incendios esta

integrada por 4 componentes:



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Protección Activa contra incendios

La protección activa contra incendios, esta compuesta por lossistemas que tienen por objeto la detección y supresión delincendio en sus fases mas tempranas, desde la ignición ogeneración de humo, cuando el fuego aun no esdescontrolado, y que puede ser atacado y suprimido por lossistemas fijos que el diseñador provea para el proyecto.

Cada sistema contra incendios, debe de estar diseñado a lamedida de las necesidades de cada proyecto, es por esoque no pueden ser asumidos como recetas de cocina,porque son diferentes para cada tipo de aplicación ynecesidades. Los sistemas de protección activa contra

incendios, son la primera línea de defensa del proyectocuando se esta gestando el incendio en sus fases mastempranas, buscando suprimir el fuego e impedir que estese propague o se desarrolle completamente.



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COMPONENTES DE UN SISTEMA CONTRA

INCENDIOS


1. Instalaciones de detección temprana2. Instalaciones de Alarma de emergencia3. Sistemas de protección contra incendios portátiles o manuales

4. Instalaciones fijas de protección (diversos tipos de agentessupresores)5. Sistemas de Protección Pasiva6. Sistemas de Compartimentación7. Sistemas de Control y evacuación de Humos8. Diseño de Rutas de Evacuación ( ABSOLUTAMENTE

NECESARIO, LABOR NETAMENTE ARQUITECTÓNICA)


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Protección Activa contra incendios

Los sistemas de protección activa contra incendios que se encuentran

localmente en Guatemala, son los siguientes:1. Sistemas a Base de Agua (Sprinklers)2. Sistemas de Espumas3. Sistemas de Dióxido de Carbono4. Sistemas de Agentes Halogenados (Bromotrifluorometano, Halón

1301)5. Sistemas de Polvos Químicos Secos (PQS)Cada uno de estos sistemas tiene una manera diferente de combatir el

proceso de combustión, y los agentes supresores estánespecíficamente diseñados para combatir y suprimir determinados

tipos de fuegos, que han sido catalogados de acuerdo a sunaturaleza y al material combustible que los origina. Los sistemasque se mencionan anteriormente, no son los únicos que existen,pero son los que se pueden encontrar en el mercado nacional, y semencionan sin orden de efectividad o preferencia alguno.



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¿ Como seleccionar un agente supresor ?

Cuando se escoge un agente supresor, se debe de tenersiempre en consideración:

1. Que el agente supresor sea compatible con el tipo decombustible que sea constituya el riesgo de incendio

2. Que la elección hecha, no ocasione daños alcontenido del recinto a proteger, si este debe de serconservado intacto

3. Que las instalaciones a proponer, sean viables encuanto a espacio y almacenamiento de agentesupresor cuando se trate de un sistema a desarrollarpara un proyecto ya construido



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Catalogación de Fuegos

Los tipos de fuegos catalogados por organismosinternacionales son los siguientes:


Fuegos producidos por Maderas, Viruta, Goma, Papel, extinguiblespor medio de enfriamiento o envolvimiento

Fuegos producidos por líquidos combustibles o grasas inflamables,

extinguibles por medio de la exclusión del oxigeno

Fuegos producidos por equipos o contactos eléctricos, donde espreciso el uso de agentes extintores no conductores de electricidad

Fuegos producidos por metales combustibles, como el titanio, magnesio,

sodio, que se extinguen por medio de agentes absorbentes de temperatura,no reactivos con los metales

Fuegos producidos medios de cocción, comúnmente utilizados en la cocina,grasas, aceites, donde es necesario un medio seco, o un agente húmedo noreactivo con las grasas


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CLASES DE FUEGOS Y COMPATIBILIDAD DE AGENTES EXTINTORES

CLASES DE

FUEGOS

sistemas de

agua Sistemas de

espumas Dióxido de

carbono

SISTEMAS DE POLVOS

QUIMICOS SECOS HALONES POLVOS

QUIMICOSESPECIALES Polvo ABC Polvo BC

SOLIDOS SI SI NO SI NO SI NO

LIQUIDOS NO SI SI SI SI SI NO

ELECTRICOS NO NO SI SI SI SI NO

METALES NO NO NO NO NO NO SI

Compatibilidad de agentes supresores de incendio

La compatibilidad del agente supresor con el tipo de combustible y laclase de fuego que debe de extinguirse son el factor clave del diseño del

sistema, y el factor fundamental en la efectividad de la supresión delincendio. Tanto los agentes supresores como los tipos de fuego, estánclasificados de acuerdo a su naturaleza, y existen alternativasespecificas para cada tipo de incendio, en función del combustible que loocasiona.


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¿ Que ocurre cuando el agente supresor y el combustible no son compatibles ? ¿Por qué tantaatención a esto?

Si son incompatibles, obtenemos exactamente el efecto contrario….


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Sistemas de Supresión a base de espumas (NFPA 11)

Los sistemas de supresión a basede espumas, suprimen ointerrumpen el proceso decombustión por medio de laexclusión del aire, y por elenfriamiento del combustible.

Evita también la reignicion, alsuprimir la mezcla combustibley la presencia de vaporesinflamables. Tiene la propiedadde adherirse a las superficies,por lo que proporciona ungrado de protección a la

exposición de incendiosadyacentes. La espuma es unode los agentes mas eficacespara la prevención y el controlde incendios de líquidosinflamables.



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Mecanismos de extinción de las

espumas

Los mecanismos mediante loscuales un sistema de espumasactúa son los siguientes:

• Aislamiento• Enfriamiento• Separación del agente

combustible• Supresión del flujo de aire

(oxigeno)• Impedir la salida de gases o

vapores inflamables


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Sistemas de Supresión a base deespumas

Un sistema de supresión a basede espumas se componede:

1. Reserva de agua2. Reserva de espumígeno3. Modulo de mezcla4. Modulo de bombas de

impulsión5. Tuberías de conducción de

agente mezclado6. Rociadores, ventiladores o

equipos Ventury7. Monitores de largo alcanceEn este sistema, la descarga

final es hecha porrociadores, ventiladores oequipos Ventury,dependiendo del volumende espuma que se necesite



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Sistemas de Supresión a base deespumas


Dependiendo de las necesidades deextinción, las espumas pueden ser1. De baja expansión2. De mediana expansión3. De alta expansiónEstos sistemas son recomendados

para grandes áreas abiertas, concombustibles líquidos inflamables.


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PARAMETROS DE CALCULO PARA SISTEMAS DEESPUMA


Calculo de sistemas de Espuma contra incendios

Un sistema de espumas contra incendios, se calcula a partir del volumen deinundación requerido, y del tiempo de inundación requerido, en minutos.

La taza de descarga de espuma necesaria para la supresión del incendio, o

para tener el tiempo suficiente para controlar un derrame potencialmenteinflamable dependerá del poder del sistema generador, la naturaleza del riesgoal que se está expuesto, la vulnerabilidad de la estructura y contenidosinflamables, y la pérdida potencial de vidas, propiedades y producción.

Para calcular el sistema de espuma contra incendios, se debe de contar con los

siguientes datos:• Volumen del edificio a inundar• Taza de descarga de espuma, en metros cúbicos por minutos• Tiempo de inundación esperado, en minutos


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PARAMETROS DE CALCULO PARA SISTEMAS DEESPUMA


La norma NFPA 11 especifica que debe de alcanzarse una altura mínima que

en ningún caso será menor a 0.60 metros, o 2 pies, y el ideal será 1.1 veces laaltura del combustible de mayor riesgo.

La espuma, según normas, debe de permanecer durante 60 minutos luego decontrolado el incendio, en áreas sin rociadores, y durante 30 minutos, en áreascon rociadores

permitir la operación continua de todo el sistema por 25 minutos o para producir4 veces el volumen mínimo de sumersión, lo que sea mayor.


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Sistemas de Supresión a base de Dióxido de carbono(NFPA 12)

Los sistemas de supresión a base de Dióxido de carbono,funcionan de 2 maneras:

1. Por enfriamiento de la atmosfera, el dióxido de carbono es ungas con una temperatura nominal de -78ºC

2. Por dilución del oxigeno, hasta un punto en el que la sealcanza el limite inferior de combustibilidad y el proceso decombustión se detiene.

Los sistemas de dióxido de carbono, son ideales para aplicacionesen las cuales se deben de resguardar la integridad del

contenido de los recintos protegidos, dado que es un gas queconsume el oxigeno y enfría la atmosfera, no representariesgos para equipos delicados o sensibles, documentos, obrasde arte, mercaderías sensibles a la humedad, etc.



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Sistemas de Supresión a base deDióxido de carbono

Un sistema de supresión pordióxido de carbono, dado quees un gas, puede ser diseñadopara funcionar de 2 maneras:

1. Por inundación total de unambiente cerrado sin fugas,donde se logre diluir oconsumir el oxigeno paradetener la combustión

2. Por aplicación local,aplicándolo directamente

sobre la fuente de ignición,esto requerirá montaje deinstalaciones sobre un puntoespecifico donde deba serefectuada la descarga



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Sistemas de Supresión a base deDióxido de carbono

Un sistema de supresión por dióxidode carbono, esta compuesto por:

1. Envases contenedores deagente presurizado

2. Sistema de tuberías de

conducción de agente3. Boquillas de descarga final



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Sistemas de Supresión a base de Dióxido de carbono, parámetros decalculo


Calculo de sistemas de supresión por CO2

Para efectuar el cálculo de este tipo de sistemas, se debe tener siempre enmente que cuando se habla de un sistema por inundación de CO2, se habla todoel tiempo de un sistema que abastecerá a un área cerrada, lo mas herméticaposible, y debido a ello, se tratara de un área que mientras dura la descarga de

CO2 se mantendrá vacía y confinada, sin acceso de personas, debido a 2factores

• El riesgo que corren las personas al ser alcanzadas por una descarga de CO2en concentraciones elevadas (mayores al 34%) puede representar una amenazaigual a la del incendio que se está dando

• El sistema en el caso de la inundación, trabajara por sofocación, lo que quieredecir que se necesita tener determinado volumen de CO2 confinado dentro deun área, durante un mínimo de 30 segundos según se establece en NFPA 12, sindilución del agente extintor en el aire, ni ventilación de ningún tipo.


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Sistemas de Supresión a base de Dióxido de carbono, parámetros decalculo


Cantidad de CO2 en función del volumen bruto del recinto a proteger, segúnparámetros Vds.

de a por cada metro³ de local

1 m3 100 m3 1 Kg de CO2

101 m3 300 m3 0.95 Kg de CO2

301 m3 500 m3 0.90 Kg de CO2

501 m3 1000 m3 0.85 Kg de CO21001 m3 1500 m3 0.80 Kg de CO2

1501 m3 2000 m3 0.75 Kg de CO2

más de 2001 m3 0.70 Kg de CO2


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Sistemas de Supresión a base de AgentesHalogenados (NFPA 12 A)

Los agentes halogenados (Bromotrifluorometano o Halón1301) actúan por medio de interrumpir la reacción encadena de la combustión, a nivel atómico o molecular.Debido a que son gases químicamente diseñados,

interfieren en el proceso de combustión a nivelmicroscópico, interrumpiendo las reacciones que dan lugara la combustión. Aun no es del todo claro el proceso por elcual logran suprimir el fuego, pero son agentes altamenteeficaces, amigables con el ambiente, y prácticamente

inofensivos al ser humano. Esto les ha dado elsobrenombre de “Agentes Limpios”. Estos sistemas, sebasan en determinadas concentraciones de diseño paralograr “inertizar” la atmosfera, de tal manera que lacombustión no es posible.



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Sistemas de Supresión a base de Agentes Halogenados

Igual que los sistemas de Dióxido decarbono un sistema de AgentesHalogenados se compone de:

1. Envases contenedores de Agente presurizado

2. Tuberías de conducción deagente presurizado

3. Boquillas de descarga final.

Este sistema, funciona con altapresión (1000 PSI), por lo que eldiseño de las tuberías, así comosu almacenaje deben de serplanificados meticulosamentepara evitar configuracionespeligrosas en el almacenaje delagente.



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Sistemas de Supresión a base de AgentesHalogenados, parámetros de calculo


La cantidad de bromotrifluorometano requerido para alcanzar lasconcentraciones de diseño mínimas para la supresión del incendio, deben deser calculadas de acuerdo a lo estipulado en NFPA 12A de la siguiente manera:

=

−

DondeW = peso de halón 1301 requerido para alcanzar la concentración de diseño, en

librasS= 2.2062 + 0.00546 t , donde t es la temperatura del ambiente a proteger, enºFV = volumen neto del ambiente de riesgo a proteger, volumen cerrado menos elvolumen de cualquier estructura impenetrable por el halónC = concentración de diseño de halón 1301, en porcentaje por volumen


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Sistemas de Supresión a base de AgentesHalogenados, parámetros de calculo


Las concentraciones de diseño en cuanto alvolumen de aprovisionamiento deben deser ajustadas en función de la elevación enmetros sobre el nivel del mar del lugardonde se esté proponiendo el sistemasupresor de incendios, y debe de ser

compensada para todas aquellas altitudesmayores a 1000 msnm, metros sobre elnivel del mar (3000 psnm, pies sobre elnivel del mar) o para todas aquellasinstalaciones que debido a la naturaleza delas actividades realizadas, su presión varíeen más de un 10% de la presión estándar al

nivel del mar (29 pulgadas de mercurio a70ºF). La ciudad de Guatemala estálocalizada a 1413 metros sobre el nivel delmar.

factor de corrección por elevación en MSNM

Alturas a

compensar factor de compensación

pies metros

-3000 -900 1.11

-2000 -610 1.07

-1000 -300 1.04

0 0 1

1000 300 0.96

2000 610 0.93

3000 910 0.89

4000 1200 0.86

5000 1520 0.826000 1830 0.78

7000 2130 0.75

8000 2450 0.72

9000 2740 0.69

10000 3050 0.66


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Sistemas de Supresión a base de Agentes Halogenados

Estos sistemas deben de funcionarcon un sello casi hermético, porlo que no son recomendablespara grandes áreas abiertas, amenos que se trate de una

aplicación local. Se recomiendaque si existe posibilidad de fugaspor puertas hacia vestíbuloscomunes, calcular la protecciónde tal manera que esténprotegidos todos los ambientes

circundantes al que se deseaproteger, pero que no puedenevitarse las fugas del agente.Normalmente, la descargaestándar del agente no dura masde 30 segundos



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Sistemas de Supresión a base dePolvos Químicos Secos

Los sistemas de polvos químicos secos, suprimen la combustión pormedio de rotura de la reacción en cadena de la llama,apantallamiento de la radiación, acción sofocante, acción aislantey acción enfriadora sobre la fuente de ignición.

Los polvos químicos secos son comúnmente utilizados comoagentes contenidos en los extintores manuales portátiles, o enequipos montados sobre ruedas, para aplicaciones locales. Esposible utilizarlos en los sistemas de supresión fijos, e impulsarlosa través de tuberías, de tal manera que se logre la distribución delpolvo químico seco a todas partes del sistema de tuberías

diseñado para el efecto. Estos sistemas son ideales para fuegostipo A, tipo B y Tipo C. cuando se planifique su uso en fuegos tipoD, se deben de utilizar polvos inertes no reactivos con losmetales, de lo contrario, el agente podría convertirse en otrocombustible.



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Los sistemas de polvos químicos secos,están compuestos por:

1. Receptáculo de almacenaje de PQS

2. Cilindro contenedor de agenteimpulsor

3. Tuberías de conducción de agenteen polvo

4. Boquillas de aspersión de polvo,para inundación total o aplicaciónlocal.

Normalmente los PQS son impulsadospor Nitrógeno seco o dióxido de

carbono superpresurizados, paralograr la aspersión del polvo demanera efectiva en forma de niebla.



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Estos sistemas pueden ser utilizadospara inundación total, o paraaplicación local.

Debido a la naturaleza toxica de lospolvos químicos secos, y de los

agentes presurizados paraimpulsión, al momento deproducirse la descarga, losambientes o recintos a protegerdeben de estar evacuadostotalmente.



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Sistemas de Supresión a base de Polvos Químicos Secos,parametros de calculo


La cantidad mínima de polvo seco a dotar, está dada por la siguiente expresión = + + +

DondeM = capacidad mínima de PQS a dotar, en KgM1 = en kilogramos, 0.65 por el volumen en metros cúbicos del recinto a proteger

M2 = en kilogramos, 2.5 por el área de aberturas en metros cuadrados, por cadaabertura que sea menor al 5 % del área limitante total

M3 = en kilogramos, 5.0 por el área de aberturas en metros cuadrados, por cadaabertura que sea mayor al 5 % del área limitante total

M4 = en kilogramos, 0.65 por la tasa de ventilación por el tiempo de descarga delsistema.


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