Historia de los requisitos de Pruebas de detección de humo

Uno de los momentos clave para el desarrollo de los requisitos modernos de detectores de humo fue el llamado Estudio de Dunes que tuvo lugar en 1975.

La investigación fue realizada por Underwriters Laboratories (UL) y el Instituto de Tecnología de Illinois para la Oficina Nacional de Estándares (ahora llamado Instituto Nacional) de Estándares y Tecnología (NIST).

Las pruebas de Dunes

Las pruebas se llevaron a cabo en lo que ahora es el Indiana Dune National Park, que se encuentra a lo largo del extremo sur del lago Michigan. Las pruebas implicaron provocar incendios en casas reales que estaban programadas para demolición como parte del desarrollo del parque.

Incendios controlados se establecieron en los hogares y se recopilaron datos detallados para establecer los criterios de activación de los detectores basados en criterios medidos de sustentabilidad, como la temperatura y el oscurecimiento (visibilidad).

Estas pruebas directamente afectaron los requisitos de los detectores de humo en las normas UL y NFPA. Las pruebas se conocen como NBS GCR 75-51 y NBS GCR 77-82 y se pueden encontrar en el sitio web del NIST.

En términos de requisitos de rendimiento, los estándares UL permanecieron relativamente estáticos durante varios años. Sin embargo, hubo cambios menores en las pruebas de fuego para eliminar la gasolina (a favor del heptano), eliminar la prueba de poliestireno (cacahuetes de embalaje) y modificar los límites de humo ardiente para aumentar la inmunidad a molestias o falsas alarmas.

A principios de la década de 2000, la preocupación estaba creciendo en la comunidad de protección contra incendios que los detectores establecieron los límites establecidos por las pruebas en la década de 1970 ya no eran adecuados para el siglo 21.

Se inició un estudio de investigación que buscaba actualizar la investigación que se realizó en la prueba original de Dunes.

Esta nueva prueba fue realizada por el NIST y se completó en 2004. El informe se llamó, Rendimiento de las alarmas de humo domésticas: análisis de la respuesta de varias tecnologías disponibles en configuración de incendios residenciales (NIST TN 1455).

Las pruebas se realizaron en una casa real de la misma manera como las pruebas originales de Dunes con algunos escenarios de fuego actualizados.

El hallazgo clave en la investigación fue que si bien tanto las tecnologías de detección fotoeléctrica como la de ionización proporcionaron un tiempo de escape adecuado, la cantidad de tiempo había disminuido desde la década de 1970. Esta disminución en el tiempo de escape de 17 minutos a 3 minutos, en algunos casos, se atribuyó al aumento del uso de materiales sintéticos en el mobiliario.

La disminución en el tiempo de escape fue alarmante para la comunidad de protección contra incendios, y se decidió que se necesitaban más datos para actualizar potencialmente las normas de detección de incendios.

Para llenar este vacío de conocimiento, la Fundación de Investigación de Protección contra Incendios encargó un proyecto de investigación que fue financiado por una serie de empresas e instituciones del sector.

Underwriters Laboratories fue seleccionado como contratista para el proyecto, llamado Proyecto de Caracterización de Humo. El proyecto consistió en el cuidado y caracterización de decenas de diferentes tipos de materiales.

Los parámetros medidos incluyeron el tamaño de partícula y color, respuesta del detector y composición de efluentes de gas, entre otros.

La conclusión de este trabajo fue que se deberían agregar fuegos de prueba adicionales a los estándares de alarma de humo y detector de humo de UL que ampliaría la gama de tipos de humo a los que los detectores deben reaccionar. Específicamente, se recomendó que se agregara espuma de poliuretano como tipo de combustible.

Tras la conclusión del proyecto de caracterización del humo, se formó un grupo de trabajo para proporcionar recomendaciones sobre nuevas pruebas que podrían añadirse a las normas de alarma de humo y detector de humo para permitir que los productos respondan mejor a los muebles y materiales de construcción modernos.

El grupo de trabajo fue dirigido por UL y rápidamente centró sus esfuerzos en el desarrollo de un fuego de espuma de poliuretano ardiente y un fuego de espuma de poliuretano en llamas, ya que estas pruebas crearían humo de un tipo fuera del existente
pruebas de fuego.

El desarrollo de estas nuevas pruebas de fuego resultó ser una empresa masiva. Incluso decidiendo sobre el tipo de espuma de poliuretano que es más típico de los muebles fue un desafío. Después de la selección del material, se tuvo que desarrollar un método que produjera la cantidad y el tipo de humo deseados de manera repetible y reproducible.

Finalmente, el grupo de trabajo tuvo que decidir sobre el criterio activación del detector (cuándo deberían alarmar), y fueron ayudados en ese esfuerzo por otro estudio del NIST (TN 1837) Mejora del rendimiento de Alarma de Humo: justificación de nuevos criterios para pruebas de rendimiento de combustión y llamas.

El objetivo era mejorar el tiempo de escape, y el resultado fue un criterio de activación muy agresivo y, por lo tanto, detectores muy sensibles.Junto con el deseo de detectores con mayor sensibilidad estaba el impacto muy real de las alarmas molestas.

Las molestias de la cocina representan la gran mayoría de las alarmas de humo y activaciones de detectores de humo no deseadas. Y estas activaciones no deseadas a menudo resultan en la desactivación del dispositivo de detección de humo.

Con el fin de comprender mejor el problema de las molestias de falsas alarmas en la cocina, se realizaron varios estudios de investigación incluyendo:

  • NIST TN 1784: Rendimiento de la alarma de humo en incendios de cocina y escenarios de alarma molesta
    (2013)
  • NFPA/FPRF: Smoke Alarm Nuisance Source Characterization (Jensen Hughes 2015)
  • UL: Caracterización de fuentes molestas de alarmas de humo de escenarios de cocina (2015)

La tarea de asimilar todos los datos de los diversos estudios de investigación de incendios y molestias recayó en el
Panel Técnico de Estándares (STP) para alarmas de humo y detectores de humo.

El STP es convocado y gestionado por la organización de desarrollo de estándares (SDO), en este caso, Underwriters Laboratories.

UL LLC, el certificador de productos, es una organización separada de la SDO.

El comité STP 217, es el comité competente para los estándares UL 217 y UL 268, y está compuesto por aproximadamente 40 miembros.

El comité tiene un equilibrio de grupos de interés para garantizar que se tenga en cuenta el punto de vista de todos.

UL LLC es miembro del STP y obtiene un voto, como los otros miembros. También es importante señalar que si bien los estándares se llaman UL 217 y UL 268, cualquier laboratorio de pruebas aprobado y reconocido a nivel nacional (NRTL) puede certificar productos.

Nuevas pruebas de Fuego

Desarrollar una prueba de fuego latente (lento) con una tasa de acumulación de humo repetible es muy desafiante, y esto tomó muchos años de investigación. La espuma se puede calentar por muchos métodos, y la mayoría de ellos tienden a causar que la espuma estalle en llamas en lugar de continuar ardiendo.

En 2020, el equipo de UL FSRI capturó una nueva comparación de quemado lado a lado de habitaciones con muebles naturales y sintéticos. Desde que se compartió el video de comparación original en 2009, UL FSRI ha repetido el mismo experimento varias veces con resultados similares en términos de tiempos de descarga disruptiva entre las habitaciones con muebles naturales y sintéticos.

Los datos de flashover de esos experimentos se incorporaron a este nuevo video que se capturó con un detalle mucho más nítido que su predecesor gracias a las amplias mejoras en la tecnología de video. Para obtener más información sobre la investigación detrás de este video, visite la página del proyecto:https://ulfirefightersafety.org/resea…

En última instancia, UL eligió un método para mantener la espuma en una orientación vertical y exponiéndola a calentadores radiantes, aunque otros métodos también producirán resultados similares.

Por ejemplo, la espuma podría colocarse en una placa caliente industrial, similar a la prueba de humo de madera.

El perfil de humo resultante es uno que tarda bastante tiempo en producir humo, pero una vez que comienza, la prueba termina entre 5 a 6 minutos.

Una vez que el humo humeante pudo generarse de manera repetible, el comité tuvo que decidir sobre cuando se requería que el detector alarmara.

En última instancia, se determinó que un límite de oscurecimiento del 12% / pie era el límite. Para establecer este límite, se debe determinar un límite de sustentabilidad.

En otras palabras, ¿cuáles son los condiciones que deben estar presentes para que una persona pueda escapar con éxito?

Este es un tema de considerable investigación en la industria de la protección contra incendios. Resulta que el factor más importante en el escape no es la acumulación de calor o gas, sino la visibilidad: uno debe ser capaz de ver con claridad para escapar.

El criterio que fue elegido fue de 15 pies de visibilidad o 0.25 OD/m. Para apoyar la selección de los criterios de activación, NIST realizó cálculos basados en incendios reales realizados en una casa de prueba a gran escala. Calcularon el tiempo requerido de salida basado en un rango de velocidades de caminata y rutas de salida.

Los investigadores del NIST querían lograr una tasa de escape exitoso del 85% (antes de los criterios de sustentabilidad) en todos los diferentes escenarios.

Mientras que el NIST calculó un criterio de activación por oscurecimiento de 14%/ft., el límite más conservador de 12%/ft. fue finalmente elegido.

En contraste con la prueba de fuego de poliuretano ardiente, la prueba de llamas fue mucho más fácil de desarrollar. La prueba se lleva a cabo colocando la espuma horizontalmente en una bandeja de aluminio e iluminando la esquina.

Resulta que la prueba es muy repetible en términos de la tasa de acumulación del humo. Para los criterios de activación, los datos de investigación del NIST fue utilizado nuevamente por el STP para seleccionar un límite de oscurecimiento del 5%/pie, ligeramente menos conservador que la recomendación del NIST

Dado que la espuma se enciende en la esquina, comienza a construirse lenta, pero rápidamente y se acaba en unos 3 minutos. Como cuestión práctica, el nuevo requisito significa quizás un minuto extra de tiempo de escape en un escenario de fuego de llama (fuego rápido)

Efecto en el Rendimiento

Un efecto que estos nuevos requisitos han tenido en los fabricantes de detectores de humo es el estrechamiento dela ventana de sensibilidad de producción.

La ventana de sensibilidad de producción es el rango de alarma de humo o sensibilidades del detector de humo que surgen de la variación normal de la producción.

El fabricante debe garantizar que todos los dispositivos que se produzcan pasarán todas las pruebas de rendimiento de UL, independientemente de dónde se encuentren.

Con las nuevas pruebas, el concepto de una «ventana» casi se desvanece, ya que se requiere que los dispositivos ignoren el humo molesto más allá de donde se requieren para detectar un incendio real.

Los diseñadores de sistemas pueden notar que hay menos niveles de sensibilidad disponibles en el panel de control que en el pasado.

Cuando se estaban diseñando las nuevas pruebas de incendios y de molestias (falsas alarmas), la suposición general era que solo las alarmas de humo o detectores de humo multicriterio podrían pasar las pruebas.

Pero, a medida que los fabricantes comenzaron a diseñar productos para cumplir con los nuevos requisitos, se determinó que los sensores múltiples no eran estrictamente necesarios para cumplir con los requisitos de la norma.

De hecho, en el nuevo fuego de espuma de poliuretano en llamas, por ejemplo, los sensores adicionales no tienden a ayudar tanto. Solo hay una pequeña cantidad de monóxido de carbono y calor producidos, además de la pequeña cantidad de humo.

Con el uso de microprocesadores y algoritmos avanzados, los fabricantes han sido capaces de detectar y distinguir diferentes escenarios de incendios y molestias, a menudo sin sensores adicionales.

Algunos fabricantes han comenzado a ofrecer alarmas de humo fotoeléctricas o detectores con dos LED de diferentes colores para sus sensores de humo.

O, en algunos casos, usarán diferentes ángulos de dispersión. Independientemente de cómo se describe o diseña, estas soluciones ofrecen la capacidad del dispositivo de detección de humo para medir el tamaño de la partícula.

Esto, además de otros factores, permite al detector discernir diferentes incendios o escenarios molestos. Estas mejoras proporcionan información adicional a la decisión del proceso de alarma, a menudo aumentando la precisión.

Finalmente, para proporcionar una evaluación formal del rendimiento de las alarmas de humo y detectores de humo que cumplan con los nuevos requisitos, el NIST presentó una investigación durante la conferencia AUBE-SUPDET 2020.

La investigación consistió en modelar el rendimiento de los nuevos dispositivos para ver si podrían alcanzar los objetivos de salida previstos.

Los resultados mostraron que los nuevos dispositivos lograron mejores resultados de escape en una variedad de escenarios.

Resumen

Los cambios en las últimas ediciones de UL 217 y UL 268 con respecto a las pruebas de fuego y molestias han recibió mucha publicidad a medida que los fabricantes desarrollan y lanzan nuevos productos. Pero no suele ser el caso que el razonamiento detrás de los cambios se explica a aquellos en la industria de protección contra incendios.

Este documento busca explicar la evolución de estos nuevos requerimientos. Los nuevos fuegos de poliuretano están diseñados específicamente para ampliar la capacidad de respuesta del humo, alarmas y detectores de humo a las amenazas del siglo 21.

Productos que cumplen con estas novedades proporcionarán un mejor tiempo de escape e inmunidad a las alarmas molestas que las generaciones anteriores.

Fuentes: NFPA, NIST, NEMA

 

Felipe Argüello
Felipe Argüello

Felipe Argüello es el fundador de Infoteknico. Ingeniero con más de 30 años de experiencia trabajando en América Latina, Estados Unidos y Europa en las áreas de ingeniería, consulta técnica, proyectos, ventas y entrenamiento en soluciones de alta tecnología y seguridad electrónica.

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