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COMPLEMENTACION DEL SISTEMA DE AIRE ACONDICIONADO DE EDIFICOS
APLICADO AL CONTROL DE HUMOS A CAUSA DE INCENDIOS.
Autores. Ing Norberto. A. Becerra ([email protected])
PARTE 1 (de2)
RESUMEN.
La propagación del humo durante un incendio en un edificio, puede extenderse con el agregado
evidente del piso que está en llamas a mas pisos. Además puede propagarse (y de hecho lo hace) a
los vanos verticales libres que conforman los ejes de escaleras de escape o de ascensores y
montacargas, situación esta por la cual pueden interferir seriamente con la evacuación.
Distintas experiencias y estudios han demostrado, que el efecto chimenea que generan estos vanos
es responsable de originar el movimiento del humo de un incendio en desarrollo.
Se pone claramente en evidencia durante estos períodos de invierno la influencia de este "efecto de
chimenea", y con objeto de no dejar libradas a las personas y a la construcción a la potencial acción
lesiva de los humos en caso de producirse un incendio, se hace necesario tomar previsiones para
controlar los movimientos del humo cuando las condiciones antes enunciadas se presentan.
Diferentes acciones pueden materializarse para mitigar estos efectos, y en todo caso cabrá distinguir
claramente las soluciones que apuntan a controlar el"fuego" de las destinadas a controlar la
propagación del "humo"; ubicando en primer térmimo las soluciones vía arquitectura las que deben
involucrar las "divisiones de riesgo" y un adecuado arreglo de las interconexiones (las que fueren
necesarias) entre vanos abiertos verticales, los diferentes pisos del edificio y la puertas de salida
Un segundo lugar lo ocupan las de caracterísiticas mecánicas, que apuntan a la presurización de
estos vanos verticales y la incorporación de dispositivos mecánicos (que llamaremos "dampers") en la
intención de controlar el modelo de flujo de humo resultante de una hipótesis de incendio.
PATRÓN DEL FLUJO DE HUMO CAUSADO POR EL "EFECTO CHIMENEA"
En general, para un edificio dado donde se intenta esbozar prevenciones contra el efecto antes
mencionado, cabe advertir que el humo tiende a seguir un modelo de movimiento donde se
complementa el "efecto chimenea" , la influencia del viento y la acción de los equipos de manejo de
aire del sistema de climatización.
En un evento de fuego puede coadyuvar a la migración del humo la diferencia de presión cuasada por
la elevada temperatura del piso en llamas y la expansión térmica del aire en este, obviamente
ocasionada por esta excepcional elevación de temperatura del aire circundante.
En este contexto, la diferencia en las densidades del aire entre el interior y el exterior origina este
"efecto" que puede se calculado para cualquier condición interior/exterior y una altura del edificio
dada.
El planteo teórico para un caso simple de un vano libre vertical con una altura H y una sección circular
de diámetro d dado está reflejado por la expresión :
donde el primer término de la ecuación es la diferencia de presión disponible para que el humo circule,
y el segundo la acción antagónica materializada por las pérdidas de carga evidenciando así el flujo
teórico.
Pero en realidad debemos plantearnos que :
donde el término (TT ), tiro teórico es siempre positivo mientras que el disponible (TD ), puede ser
negativo, neutro o positivo, dando lugar al tiro natural, al balanceado, y al forzado respectivamente
La densidad de los humos involucrados en la circulación dentro de este vano genera un tiro.
Consideraremos el tiro teórico; que es determinado por la temperatura de este flujo.
Mientras los gases fluyen en el vano pierden calor continuamente desde la entrada a la salida lo que
introduce una complicación al análisis, ya que nos presenta una variación de temperatura difícil de
evaluar.
Una simplificación a este problema es definida por ASHRAE y plantea la definiciòn de la temperatura
media de este flujo, teniendo como correlato una densidad media del mismo.
Podemos establecer entonces :
donde :
DT = tiro teórico, en (pulg. H2O),
C2 = 0,2554 cte de conversión,
B= presión barométrica local en (pulg.Hg),
H= altura del vano en (pies),
T0 = temperatura externa (°F)abs,
TM= temperatura media de la mezcla humo - aire (°F)abs.
Vemos que a medida que ganamos altura en el vano los gases se enfrian , y a medida que TM se
reduce la presión en el vano también se reduce permitiéndonos interpretar el gráfico de la Fig. N°1.
Veamos el siguiente gráfico con valores de diferencia de presión en juego para un edificio tomado
como modelo de 20 pisos de 1400 m2 de superficie y 3 mts. de altura entre piso y piso) .
A
L
T
U
R
A
20
D
E
L
12
E
D
I
F
I
C
I
ENTRE
PISOS
18
16
14
Fig. N°1
10
8
6
4
2
EN EL VANO
VERTICAL
EXTERIOR
PRESION
la diferencia de presión entre interior y exterior está dada por la linea horizontal en un piso dado entre
el exterior y la del piso; así como la diferencia de presión entre el vano y un piso determinado estará
dada por la distancia horizontal que los separa.
Como dijimos antes, la diferencia de presiòn dependerá pues de la diferencia de temperatura entre
interior y exterior, la altura del edificio y la infiltración característica que exista entre el exterior e
interior (fachada) e interior y el vano vertical.
En la figura siguiente Fig. N°2 puede verse el modelo de flujo reflejado por el diagrama presión/altura
edificio de la Fig. N°1.
FLUJO A TRAVÉS DE LOS CONDUCTOS POR EL EFECTO CHIMENEA
Debido a esta posibilidad de circulación de humo a través de los conductos, NFPA 90A recomienda
como mandatorio el corte del servicio de aire acondicionado en caso de incendio.
Con el sistema de inyección de aire detenido, las montantes de conductos verticales también actúan
como vanos de posible circulación de humo a los pisos superiores. Esta particularidad también dirije a
que NFPA 90A ademàs recomiende la colocación de "dampers" para reducir este riesgo hasta valores
aceptables .
En caso de edificios muy altos (mas de 16 pisos), es recomendable facilitar la expulsión del humo
producto de un incendio antes de que este acienda a los pisos superiores. Así pues y tomando el
ejemplo de un edificio de 16 pisos, puede definirse un equipo en el piso 8°y aspirar por el retorno el
humo generado por un incendio entre la P.B y el 7°Piso; de igual forma un equipo situado en el piso
16° aspirará la generación de humo que se produzca entre el 8°Piso y el 16°Piso; expulsando al
exterior esta mezcla de humo y aire a través de conducto y reja de expulsión. Otra posibilidad en
caso de no contar con extracción mecánica es contar con dampers de expulsión en el tope de las
montantes.
El proyectista deberá vigilar para cada piso la dirección del flujo de aire en los conductos, a fin de
evitar la migración de humo fuera de los mismos, ya que en ese caso se deberá colocar un damper de
conteción "smoke damper".
Efectuaremos una breve revisión de estos dispositivos a fin de comprender mejor sus características y
los fundamentos que propenden al uso; analizando posteriormente en forma global las distintas
posibilidades del control del humo.
DAMPERS CORTAFUEGOS Y DAMPERS PARA CONTROL DE HUMOS.
La designación de damper cortafuego se aplica a aquellos elementos destinados a impedir la
migración de fuego de un ambiente a otro. Sin embargo, la particularidad entre estos ambientes radica
en que entre ellos debe existir una "división de riesgo" concebida para soportar 1½ hora o 3 horas de
fuego manteniendo su condición estructural con una razonable integridad, así pues concebida ya para
la protección de vidas humanas como para la separación y protección de locales que garantizen la
continuidad del negocio u operaciones (ver Fig. N°6).
Cuando resulta necesario que conductos atraviesen estas divisiones de riesgo es necesario disponer
de este tipo de elemento atendiendo a que :
- Deben resistir fuego, ser estancos al humo e impedir que se transmita la temperatura del lado donde
hay fuego hacia el otro (ver Fig. N°7),criterio s/normas DIN,
- Deben resistir solamente fuego y ser estancos al humo (ver Fig. N°8), criterio s/normas americanas
NFPA y UL/FM.
Las primeras son de robusta construcciòn, diseñadas con una resistencia al fuego R-120 segùn UNE
23-802-79, y estanca al humo segùn DIN 4102.
En el caso de los damper cortafuego especificados s/normas americanas, estos deberán concordar
con los requisitos de las normas NFPA 90A en todos sus tipos de fabricacion.
Su integridad estructural durante el desarrollo del incendio, grado de estanqueidad y confiabilidad del
dispositivo sensible al fuego para actuarlo, son chequeados en el contexto de la norma UL Standard
555 de Underwriters Laboratories.
Puede apreciarse en Fig. N°9 como además de la integridad física del damper en si mismo debe este
resitir el embate de los chorros de agua de las lanzas de extinción.
Cuando se trata de controlar el humo como hemos visto al principio del desarrollo del tema, se está
frente a la situación de evitar que el humo frío con una temperatura por debajo de 80°C en el inicio del
incendio, se propague a otros ambientes con riesgo de alcanzar los vanos verticales libres.
Puesto que con baja temperatura el fusible sensible al calor no actúa, un dispositivo eléctrico (o
electroneumático) actuará el "damper", de forma que sin tensión cambia de posición. Esta modalidad
solo puede ser lograda mediante la participación del detector de humo como dispositivo iniciador.
Vemos en la Fig. N°10 que sin la instalación de un damper cortafuego, este se propaga a otros
locales a través del conducto de retorno;
pero mediante la instalación de este dispositivo y el aviso de alarma del detector de humo, tan pronto
este produce la activación del esquema operativo de emergencia, el humo podrá ser expulsado al
exterior.
Vemos en la Fig. N°12 como se puede evitar en un sistema de persianas economizadoras mediante
la instalación de un "damper" para control de humos que este se introduzca por el by-pass y a travès
de este nuevamente en la alimentación.
Además puede mantenerse el aire acondicionado operativo en otras zonas no afectadas por un
incendio (si por razones de proceso lo requiriese) mientras se expulsa al exterior el humo generado en
una de las zonas a causa de un incendio en desarrollo Fig. N°13.
Los "dampers" para control de humos deben cumplimentar los requirimientos de las normas NFPA
92A y NFPA 92B; donde la estanqueidad al humo debe darse en cualquiera de las dos direcciones de
sus caras, reconociendo la norma 3 clases de estanqueidad según el grado de exigencia a que
someteremos al damper .En Fig N°14 y 15 pueden verse un detalle de estos dispositivos.
Cabe destacar que si se combina la acción cortafuego y la posibilidad de control de la migración de
humos el damper deberá cumplir además de los requisitos de las normas antes mencionadas los de
la norma NFPA 90A.
La performance de estos dispositivos debe ser chequeda atendiendo al nivel de confiabilidad que
deben prestar, valiéndose para ello de bancos de prueba en los que se pueda constatar la integridad
del dispositivo durante el desarrollo del incendio o período de generación de humo (ver Fig. N°16).
Estos requisitos son delineados por las normas UL Standard 555S, en los cuales además del
requisito de estanqueidad debe vigilarse su integridad estructural frente al efecto de la temperatura.