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Estratificación de humo, estudio de la FIA 

 octubre 28, 2020

Por  Felipe Arguello733

La estratificación es una causa atribuible al rendimiento deficiente de los sistemas de protección de incendio. Algunos diseñadores de sistemas de protección de incendio se han sentido avergonzados al recibir quejas de los clientes sobre la detección que no responde a un incendio a pesar de que el sistema cumple con el código de práctica. 

El fenomeno de estratificación  se produce cuando el fuego tiene energía insuficiente para que la columna de humo resultante se eleve hasta el techo porque se ha enfriado a la temperatura del aire circundante y ha perdido flotabilidad; extendiéndose en una capa por debajo de donde se ubica la detección ( detectores de humo o de haz de luz).

El desafío para los diseñadores de sistemas es predecir cuándo y dónde puede ocurrir la estratificación. En la práctica, es casi imposible predecir de manera confiable la altura a la que se formará la capa de humo porque depende del tamaño y la energía del fuego y del gradiente de temperatura en el espacio protegido.

Este gradiente puede verse influido en sí mismo por muchos factores, como las diferentes condiciones meteorológicas, la hora del día, la ocupación del edificio, el control de la calefacción, etc. la salida de calor aumenta, el humo más caliente atravesará cualquier barrera térmica y los detectores montados en el techo eventualmente funcionarán.

En espacios, donde la estratificación del humo se considera un riesgo, la norma británica BS5839-1 (y otros códigos similares) han recomendado, durante muchos años, que se instale una capa de varios detectores de haz, espaciados suficientemente cerca entre sí para que la columna de humo ascendente pase a través de la capa y sea detetectada.

En realidad, esta recomendación rara vez se sigue porque el número de detectores de haz necesarios es prohibitivamente caro. En cambio, muchos diseñadores, instintivamente aplican el uso de detectores de haz en ángulo; con la expectativa de que la capa de humo los oscurezca sin importar la altura a la que se forme.

Este enfoque alternativo (que utiliza haces de luz en ángulo) se incluyó por primera vez en la norma  BS5839-1 en 2013, pero no se proporcionó una guía específica sobre dónde colocarlos porque este enfoque nunca se ha investigado completamente. Por lo tanto, la Asociación de la Industria del Fuego (FIA)  lanzó un proyecto de investigación para estudiar la efectividad del uso de detectores de haz en ángulo y proporcionar datos para respaldar la orientación sobre dónde deberían colocarse mejor.

La investigación de la estratificación de humo de la FIA

Usando un software llamado Fire Dynamic Simulator (FDS), la Asociación de la Industria del Fuego, en asociación con investigadores de la ciencia del fuego en la Universidad de Edimburgo, modeló una serie de escenarios de incendios en un espacio de 25 m de altura para simular el efecto de variables clave como el tamaño del fuego y gradiente de temperatura sobre las características de la capa de humo. 

la simulación

Para aquellos que no están familiarizados, FDS utiliza complejos sistemas de modelado matemático computarizado para simular y predecir la forma en que viaja el humo y cómo se eleva dentro de un edificio. Además, incluye modelos que se pueden utilizar para predecir la activación de detectores de humo (incluidos los detectores de humo por haz y por aspiración). Estos modelos se mejoraron fundamentalmente como parte del proyecto para modelar con precisión los haces de luz en ángulo, de las cuales se incluyeron más de 100 en las simulaciones.

Los resultados

Como ocurre con todos estos análisis, no se puede confiar en la precisión absoluta de los resultados hasta que se haya verificado. A pesar de esta advertencia, los resultados proporcionaron información útil sobre el rendimiento relativo de los detectores en diferentes posiciones y la visualización que ofrece SmokeView arrojó información sobre cómo se desarrolla la capa de humo y la estratificación.

El primer hallazgo fue que el espaciamiento estrecho (¼ de altura) recomendado en la norma BS5839-1 (para detectores de haz intersticiales destinados a detectar la columna de humo ascendente) no debe relajarse.

Por ejemplo, si los detectores de haz de luz intersticiales se instalan a 12 m de altura, los mismos deben espaciarse cada 3 m, lo que requiere ~ 5 veces más dispositivos en comparación con el espaciado de 15 m recomendado por la mayoriía de los fabricantes para los detectores de haz de luz montados en el techo.

El segundo hallazgo fue que la respuesta prevista de los detectores de haz en ángulo que atraviesan una capa estratificada de humo (resultante de un pequeño incendio cuando hay un gradiente de temperatura) es similar a la respuesta de los detectores de haz colocados en el techo (al mismo incendio pequeño cuando no hay un gradiente de temperatura que haga que el humo se estratifique). Este fue un hallazgo importante, ya que confirma que es probable que los dispositivos en ángulo sean efectivos.

Una observación, que difiere del pensamiento común / intuitivo, es que la velocidad horizontal en la capa de humo se reduce a medida que la capa se extiende. La investigación indica que la capa no continúa extendiéndose hacia afuera a través de la habitación de manera indefinida, sino que tiende a profundizarse alrededor del centro y volverse más densa. Por lo tanto, al considerar un diseño con detectores de haz en ángulo, es importante que se tenga en cuenta la extensión (y la velocidad) de propagación de la capa de humo.

Aplicando la investigación sobre la estratificación e instalación de detectores de haz de luz

vigas en ángulo

Los hallazgos hasta ahora se reflejan en el consejo actual en la norma BS5839-1 para la instalación de un detector de haz en ángulo, particularmente en la nota bajo la cláusula 22.5 d).

Una recomendación adicional de la investigación que aún no se ha reflejado en BS5839-1 es que al instalar detectores de haz de luz en ángulo, es mejor desplegarlos en una disposición entrecruzada (ver diagrama). Esto tiene como objetivo garantizar que la distancia a una viga a cualquier altura no sea excesiva.

El futuro

A partir de esta breve descripción general de la investigación que sustenta las recomendaciones actuales para detectores de haz de luz en ángulo, queda claro que se necesitan más análisis y validación. Anticipándose a esto, la FIA ha acordado patrocinar una segunda fase de investigación sobre los desafíos de la estratificación y detección de humo.

La Asociación de la Industria del Fuego, la asociación comercial más grande del Reino Unido en el sector de la protección contra incendios, no solo contribuye a escribir guías de mejores prácticas y a revisar los estándares británicos, sino que también es un poderoso inversor en la investigación científica sobre el comportamiento del fuego y una amplia gama de otros temas, incluida la detección de humo y las capacidades de detección de incendios y tecnología de alarma.

Este proyecto fue patrocinado por la FIA en conjunto con Laluvein Consulting Ltd, Fire Fighting Enterprises Limited y Xtralis (UK) Ltd (parte de Honeywell). El modelado FDS fue realizado por Ben Ralph de la Universidad de Edimburgo, Ingeniería de seguridad contra incendios.

Para obtener más información sobre la detección de haz óptico, visite la sección ‘Recursos’ , donde se puede acceder a una amplia biblioteca técnica digital.

Este artículo original fue escrito por Robert Yates, director técnico de la FIA, y Peter Massingberd-Mundy de Xtralis, una empresa miembro de la FIA.

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