Por Ing. Carlos M.
Romero
Prestigioso profesional que ha participado en la industria
siderúrgica, mineral, metalúrgica y de generación eléctrica.
Participando de los proyectos en su ingeniería, construcción, puesta
en marcha y puesta en servicio. Colabora en este caso como un
entusiasta en el tema.
Introducción
A medida que los edificios se hacen más grandes y sus usos más
complejos, el requerimiento para grandes áreas no divididas de
producción o áreas comerciales se torna más frecuente y en alguna
circunstancias mandatarias para el uso exitoso del edificio. En estos
casos el uso de paredes divisorias resistentes al fuego, el método
tradicional de limitar el incendio y la propagación del humo, se torna
inaceptable. Para tales edificios el nivel alto de remoción del humo y
gases calientes es un método de evitar la propagación lateral del
incendio y humo, y podría bien ser que en algunas circunstancias esto
es más efectivo que paredes divisorias. Esto es particularmente
valioso cuando esta presente un cielorraso combustible.En edificios de un piso,
pueden usarse los venteos de techo para permitir al humo y gases
calientes escapar, pero los principios pueden además extenderse para
cubrir el uso de sistemas mecánicos de extracción en edificios de
varios pisos.Cuando los contenidos de
un edificio son tan combustibles y tan distribuidos que el incendio
podría propagarse rápidamente por todo el edificio antes que cualquier
acción de extinción sea posible, el venteo es de pequeño uso en la
reducción de la propagación del incendio. Por otro lado, el venteo es
particularmente valorable cuando los contenidos de combustible están
dispuestos de forma tal que la propagación del fuego a nivel bajo es
principalmente causado por la radiación de calor debajo del humo y
gases calientes debajo del techo.
Factores en el Diseño de Sistemas de Ventilación de TechoLa cantidad de gases
calientes producidos por un incendio y la forma en que se mueven
alrededor de un edificio dependerá de varios factores, tal como el
tamaño del fuego; el tamaño, forma y altura del edificio y las
dimensiones y posiciones de las aberturas de entrada y salida del
edificio. Sin embargo, la mayoría de estos factores son función del
edificio considerado y para cualquier dado diseño pueden considerarse
como magnitudes conocidas y generalmente determinables. El único
desconocido es el tamaño del fuego.
En sus discusiones, Hinkley y Thomas han considerados tres tamaños de
fuego y sugieren que si el crecimiento del fuego es considerado como
estando compuesto de una serie de condiciones de estados estables,
luego usando uno o más de los tres tipos de tamaño de fuego ellos han
escogido, junto con el método apropiado de calculo asociado con cada
uno, suficiente información puede obtenerse para cubrir la mayoría de
las situaciones.
Desarrollo y Tamaño Apropiado del IncendioEn las etapas tempranas
de un incendio el valor de producción de humo y de gases calientes es
tal que pueden removerse a través de venteos adecuadamente ubicados en
el techo. A medida que el incendio crece en tamaño, el valor de
producción de gas y humo crece y una nueva etapa será alcanzada en la
cual todos los gases no pueden ser removidos a través de venteos en el
techo debido a que el área de venteo requerida podría ser tan grande
que sería considerada impracticable. Consecuentemente, una nube de
gases calientes será formada debajo del cielorraso. Esta nube se
propagará por todos lados sobre un área considerable a menos que sea
contenida, y su profundidad crecerá con el adicional progreso del
incendio.Este incremento de la
profundidad de la capa de humo tendrá dos efectos: una mayor presión
para conducir los gases hacia el exterior a través de los venteos y
una menor altura limpia El decidir el tamaño
apropiado es una de las mayores dificultades en el diseño de un
sistema de venteo por el techo (o extracción de humo) que un dado
tamaño de incendio ha de suponerse en los cálculos de diseño.
La forma más satisfactoria de tratar con este problema es instalar un
sistema de rociadores.
Puede suponerse con razonable certeza que el incendio estará limitado
en tamaño, el tamaño exacto depende de la altura espacial del
rociador.
La mayor causa de propagación a través de un piso de un edificio es la
radiación de calor debajo de la nube de gases calientes bajo el
cielorraso. El venteo en el techo limitará la propagación del fuego
debido a que limita la propagación de los gases calientes debajo del
techo. Por otro lado, si la mayor causa de la propagación del fuego se
debe a la llama lateral progresiva a nivel de piso a través de
material rápidamente combustible, el venteo en el techo no evitará
esto, solo detendrá el movimiento debido a que limitará la extensión
de calor irradiado debajo que será solo un factor en el desarrollo del
incendio.
La decisión del tamaño apropiado de incendio para propósitos de diseño
podría hacerse sobre las siguientes consideraciones.
a.Si se instala un
sistema de rociadores el incendio puede suponerse a estar limitado a
un tamaño determinado.b.Si no van a ser
instalados rociadores, pero el material combustible sobre el piso
del comercio o fabrica se divide en secciones discretas, con
espacios entre ellas, entonces el menor tamaño de fuego será menor
que la mayor pila aislada de material combustible.c.Cuando los limites del
fuego no pueden ser definidos como en el punto anterior, entonces
debe estimarse el tamaño del fuego que alcanzará antes que se
establezca una efectiva acción de extinción. Esto podría ser muy
difícil, dependerá del valor de propagación del fuego, del tamaño
del fuego cuando fue detectado y el tiempo de atención de la brigada
de incendio. Dos de estos factores podrían ser razonablemente bien
conocidos. Si son instalados detectores automáticos de incendio el
tamaño del fuego cuando se detecta puede estimarse y el tiempo de
atención de la brigada de incendio es generalmente conocido
aproximadamente. Pero el valor de propagación del fuego variará
grandemente con la carga total de fuego, con la naturaleza de los
materiales combustibles y con la forma en que se distribuye en el
edificio.d.Si es dificultoso el
acceso al área de fuego después de considerar las técnicas
descriptas en el punto anterior, podría ser posible una propuesta
alternativa. Decidir una aceptable altura mínima para una nube de
aire limpio en el nivel de planta baja y estimar el tamaño del fuego
que puede considerarse en este edificio para el sistema de venteo en
el techo propuesto. En este contexto la mínima aceptable altura debe
ser tomada como 2 m o la altura hasta la parte superior de cualquier
abertura conduciendo a un área adyacente.
Diseño
para un Incendio PequeñoEn este contexto un
fuego pequeño se define como uno que: tiene un área la cual es una
parte pequeña del área del piso del edificio y tiene llamas que son
cortas comparada con la altura del edificio.Este se aplica a etapas
tempranas de casi todo incendio hasta el punto cuando debería ser
detectado y es iniciada cualquier acción automática como un resultado
de esa detección (tal como aberturas de venteo, actuación de
rociadores, disparo de alarmas, etc.).En un diseño de sistema
se acepta que una nube de humo y gases calientes se formarán debajo
del cielorraso pero haciendo que se incremente la descarga de humo a
través del venteo, debido a que las nubes desarrolla una presión para
conducir el humo al exterior y al mismo tiempo el régimen de
producción de humo disminuirá debido a la altura limpia debajo del
fuego se hace mas pequeña. En alguna etapa se alcanzará un equilibrio,
cuando el humo venteado sea igual a la producción de humo, y esta es
la base para el diseño de un sistema de venteo en el techo.
Diseño para un gran, pero No Completamente Desarrollado IncendioComo el pequeño fuego de
la sección previa crece, su área aumenta y las llamas adquieren mas
altura, probablemente alcance (o próximas a alcanzar) el cielorraso.
Esta ya no es posible considerarlo como fuente puntual de calor. La
descripción de la formación de una nube de humo bajo el cielorraso aun
se aplica; pero la teoría del comportamiento del humo se basa ahora en
el calculo del aire entrante dentro de las llamas.Hay, sin embargo, un
limite superior para el tamaño absoluto del fuego para el cual se
aplica. El fuego crece cuando el área vertical (altura de la capa
limpia multiplicado por el perímetro del fuego) circundante a la
llama, sobre la que el aire entrante tiene lugar, se torna pequeña
comparado con el área del fuego. Esta sección se aplica a fuegos que
no llenan a todo el edificio, compartimiento o división.
Diseño para un Completamente Desarrollado IncendioCuando un edificio o
división de un edificio es completamente envuelto en fuego, el venteo
no puede ser usado para mantener una capa limpia de aire que permitirá
al personal de bomberos entrar para combatir el fuego o rescatar
gente, pero puede usarse para asegurar que los flujos de aire hacia
adentro de todas las aberturas en las paredes mientras las llamas y
gases calientes fluyen hacia fuera solo a través de los venteos.
En un edificio completamente envuelto en fuego la distribución de
presión próxima al piso esta por debajo de la atmosférica, de modo que
el aire fluirá entrando, y próximo al cielorraso esta por arriba de la
atmosférica, de modo que el humo y la llama será conducida hacia
fuera. En alguna parte entre estos dos niveles la presión en el
recinto de fuego será igual a la atmosférica de modo que en ese nivel
no habrá entrada o salida. Venteos abiertos en el techo elevarán el
plano neutral y realizando las aberturas a un nivel mas bajo mas
bajará, la idea en el diseño es asegurar, mediante el correcto
dimensionamiento de los venteos y nivel menor de las aberturas, que
ninguna llama o gases calientes fluirán dentro de una parte adyacente
del edificio a través de las aberturas en otra manera pared resistente
al fuego la cual ha sido usada para subdividir el edificio en
divisiones más pequeñas.
Ing. Carlos M. Romero
Referencias:An Overview to Designing Smoke-Control Systems. Chas E. Magdanz
– ASHRAE Journal, 2002.Norma
NFPA 92A – 2000.
Recommended Practice for Smoke-Control Systems. National Fire
Protection Association.Norma
NFPA 92B – 2000. Guide
for Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas.
National Fire Protection Association.Smoke Control in Fire Safety Design. Butcher and Parnell. 1979.
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