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
El
término
manejo del humo es un término que incluye todo, que cubre las
características físicas, el equipamiento, y los métodos usados
separadamente o en combinación para controlar el movimiento del humo.
Las características físicas son elementos pasivos tal como la
construcción resistente al humo. El equipamiento incluye ítems como
ventiladores, ventanas accionables automáticamente, y
detectores de
humo.
Los métodos son esquemas de diseño tal como compartimentación, venteo
del humo y el control del humo. La compartimentación usa las
características físicas diseñadas para controlar el movimiento del
humo mediante la contención pasiva de este dentro del área fuente de
humo. El venteo del humo no usa conductos, equipamiento único
(ejemplo: venteos de humo en el edificio) diseñados para controlar el
movimiento del humo mediante la liberación de este, bajo su propia
presión, al exterior.
El control de humo usa equipamientos (ejemplo:
ventiladores,
conductos, dampers, detectores de humo) diseñados para controlar el
movimiento del humo por medio activo y por medio mecánico creando
presiones diferenciales.
Los sistema de control de humo para trabajar apropiadamente son
generalmente dependientes de las características físicas.
Estrechamente relacionado al manejo del humo esta el manejo del
incendio, que usa características físicas tal como barreras
clasificadas de fuego, equipamiento tales como rociadores y métodos
tales como compartimentación.
Los requerimientos, las reglamentaciones de la autoridad competente
para los sistemas de control de humo son los códigos de edificación y
las normas de referencia.
Los códigos de edificación son el punto básico de inicio para
identificar las necesidades para, y las características de los
sistemas de control de humo.
Las normas Guias para el diseño son suministradas en NFPA 92A
“Recommended Practice for Smoke-Control System”, NFPA 92B “Guide for
Smoke Management System in Malls, Atria, and Large Areas, for
maintaining tenable conditions within large zones of fire origin” y
NFPA 204A “Guide for Smoke and Heat Venting”.
Compartimentación
La compartimentación, método tradicional de limitar el incendio y la
propagación del humo, usa las características físicas diseñadas para
controlar el movimiento del humo mediante la contención pasiva de este
dentro del área fuente de humo. Es decir, uso de paredes divisorias
resistentes al fuego.
Los códigos de edificación, típicamente, no identifican directamente
cuando los pisos necesitan ser una construcción resistente al humo
(barrera de humo). Ellos solo los identifican indirectamente indicando
donde son requeridos dampers de humo.
Venteo del humo
En edificios pueden usar 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.
Propósitos de los sistema de control de humo.
De acuerdo a la NFPA 92 A (2000), los propósitos de los
sistemas de
control de humo incluyen:
Impedir al humo entrar a los medios de egreso, escaleras, áreas de
refugio, huecos de ascensores o áreas similares (manteniendo un
medio sostenible para evacuaciones).
Impedir al humo entrar a los medios de egreso y áreas de refugio
(manteniendo un medio sostenible durante el tiempo requerido para
evacuación).
Impedir la migración del humo fuera del compartimiento fuente.
Mantener un medio sostenible fuera del compartimiento fuente para el
personal de emergencia.
Proteger la vida y reducir el daño a la propiedad
Leyendo entre líneas, esta lista revela que el control del humo no se
usa para mantener sostenibles condiciones en el compartimiento de
fuego y que los medios de egreso necesitan ser completamente
identificados y separados efectivamente de otras áreas del edificio.
Desarrollo del
control de humo
El manejo del humo es un concepto antiguo. Cuando el primer hombre
construyo un fuego en su morada, el rápidamente se dio cuenta de la
necesidad de una abertura para venteo del humo.
Practicas modernas de control de humo comenzaron en los años 1940
cuando fue obvio que los conductos de los sistemas de distribución de
aire ayudaban a distribuir el humo bien lejos de la fuente de fuego.
Esto sugirió la llegada de los dampers de fuego y de sistemas
estáticos de control de humo. En 1968, laboratorios certificadores (UL
– Underwriters Laboratories) publico la primera UL 555 “ Standard for
Fire Dampers”. Los miembros de AMCA adoptaron el primer estándar 500-D
en 1973 para propósitos de ventilación general y acondicionamiento de
aire (9).
Los dampers de humo y los sistemas dinámicos de control de humo recién
aparecieron en los años 1970 cuando se hace obvio la parada
operacional de un sistema de control estático al entrar en conflicto
con la necesidad de mantener limpio la distribución del aire en
recintos.La
primer significativa Guia de control de humo (es decir, NFPA) fue
publicada a mediados de los años 1980. Durante
este tiempo, el UL publico el primer UL 555S “Standard for Leakage
Rated Dampers for Use in Smoke Control Systems” (10).
ANSI / ASHRAE 149-2000 “Laboratory Methods of Testing Fans Used to
Exhaust Smoke in Smoke Management Systems” establece los regímenes de
funcionamiento de ventiladores para ambas temperaturas ambiente y
temperaturas elevadas de modo de permitir a los diseñadores
seleccionar un ventilador al tiempo de conocer como este funcionará
durante ambas operaciones normal y extracción de humo.
Una herramienta que esta siendo aplicada al diseño de control de humo
es cálculos en computadora ya sean en análisis microscópicos y
microscópicos utilizando la modelización.
Métodos de
control de humo
Los sistemas de control de humo son estáticos o dinámicos. Durante un
evento de humo en sistemas estáticos, todos los ventiladores en el
edificio detienen su operación, lo que resulta en simple división del
control del movimiento del humo (un básico método de manejo del humo).
Durante un evento de humo en sistema de control de humo dinámicos,
todos o los seleccionados ventiladores continúan operando en modo
normal o especial creando espacios presurizados en escenarios
específicos para controlar el movimiento del humo. Los ventiladores en
sistemas dinámicos podrían usarse exclusivamente para extraer el humo,
exclusivamente para proveer aire presurizado limpio, o bajo ciertas
circunstancias, podrían realizar ambas funciones en momentos
diferentes.
Normal
Normal
Normal
Normal
Positivo (+)
Positivo (+)
Negativo -
Piso Incendiado (-)
Positivo (+)
Normal
Normal
Figura 1 – Sistema de control sándwich
Los
sistemas de control de humo dinámicos son aplicados en modos de
ser los únicos o en colaboración con barreras de humo. Un ejemplo de
sistema dinámico único es una cortina de aire, que usa solo el flujo
de aire para crear una barrera contra el movimiento del humo. Mas
generalizado sistemas únicos son sistemas de control de humo que
dependen de barreras de humo para funcionar apropiadamente. Ejemplos
incluyen escape de atrio, escalera presurizada, presurización de
huecos de ascensores, presurización de áreas de refugio y sistemas de
presurización zonificados o sándwich (Figura 1).
En típicos sistemas sándwich, el piso incendiado es extraído mientras
que uno o dos pisos arriba y uno abajo son presurizados. Sistemas de
control zonificado que usan un manejador de aire para servir a
múltiples zonas son muy complicados. Para simplificar la instalación,
puesta en marcha y largo tiempo de operación del sistema, los
diseñadores deben considerar suministrar un manejador de aire para la
zona de humo.
Todos los sistemas de control de humo interactúan con otros sistemas
del edificio, mas notablemente sistemas eléctricos y de alarma de
incendio. Debido a que los dampers de humo cierran con una señal de
alarma de incendio, los códigos permiten la eliminación de los dampers
de humo en barreras de humo en manejados sistemas de control de humo,
que deben mantener en operación durante un evento de humo. Esta
excepción, sin embargo no se aplica a dampers de fuego, que continúan
requiriéndose en barreras de fuego clasificadas penetradas por
conductos de los sistemas de control de humo.
Un buen diseño de presurización de escaleras debe considerar durante
un evento de humo las posiciones de las puertas de la escalera son
completamente diferente que durante condiciones normales. Cuanta
presión debe existir para evitar la infiltración de humo cuando la
mayoría de las puertas están cerradas (escalera hermética), cuanta
presión debe existir para evitar la infiltración de humo cuando la
mayoría de las puertas están abiertas (escalera aliviada) y como
responde el sistema de presurización de escalera a la apertura y
cierre de puertas.
Equipamiento del control de humo
El equipamiento del control de humo puede ser dedicado o no dedicado.
Equipamiento dedicado solo se usa durante un evento de humo.
Equipamiento no dedicado se usa normalmente para otras aplicaciones de
HVAC, pero también sirven par el propósito de control de humo durante
un evento de humo.
Partes dedicadas de equipamiento son menos probables a alterarse
durante la vida del edificio así sus secuencias de operación son
probablemente apropiadas cuando se las necesita. La operación y el
control de una parte dedicada del equipamiento es relativamente simple
debido a que cada una tiene solo un propósito. Sin embargo, el
equipamiento dedicado requiere espacio adicional, y podría no recibir
apropiado mantenimiento reduciendo su confiabilidad. Ejemplos de
equipamiento dedicado son ventiladores de presurización de escalera y
ventiladores de escape de humo en atrio.
Partes no dedicadas del equipamiento son mas probables a ser
mantenidas, y ellas requieren menos espacio debido a que el mismo
equipamiento sirve para propósitos múltiples. Equipamiento no dedicado
tiene sus desventajas, incluyendo complicados controles para funciones
múltiples y no advertir el compromiso de operación del control de humo
causado por mejoras o modificaciones en la operación del HVAC. Un
ejemplo de equipamiento no dedicado es un ventilador del manejador de
aire usado para presurización positiva de una zona en un sistema
sándwich.
Preparación del diseño
1.Tener los
conocimientos y la experiencia de los requerimientos de los código y
normas de aplicación y los deseos del propietario cuando se
identifica la potencial necesidad de aplicación de un sistema de
control de humo. Los códigos indican los requerimientos mínimos.
Ocasionalmente, los propietarios podría desear mas que los
requerimientos mínimos, especialmente si necesita protección
apropiada de las salidas.2.Después que se
determina que se requiere un sistema de control de humo, seleccionar
cuidadosamente las opciones y propuestas aplicables.3.Revise el diseño
propuesta con la autoridad competente y discuta la prueba de
aceptabilidad. Ocasionalmente, el método de prueba de aceptabilidad
afectará su propuesta de diseño.4.Mantener un diseño tan
simple como sea posible. El propietario debe mantener el sistema
durante toda la vida del edificio.5.Considerar que la
prueba del sistema y las falsas alarmas serán la carga primaria en
el sistema. Pensar a través de escenarios de falsas alarmas,
especialmente referentes a condiciones del tiempo.6.Recordar que el
propósito de las normas y códigos es proteger al publico. El
propósito del diseñador es mas amplio. El diseñador necesita proveer
un sistema a un costo aceptable que sirve a las necesidades del
propietario y sea aceptable para la autoridad competente.7.Documentar todas las
conversaciones, minutas de reunión y decisiones. Considerar incluir
en la documentación un simplificado diagrama de cómo el sistema de
control de humo interactúa con el resto de los sistemas de HVAC.
Desafíos del diseño
Debido a las ubicaciones de las barreras clasificadas pueden tener
impacto significativo sobre el layout de los conductos, las
ubicaciones de las barreras deben ser identificadas antes que comience
el detallado layout de conductos. Cambiando ubicación de barreras
después del proceso de diseño puede ser catastrófico para el diseñador
del sistema de control de humo. Un ejemplo, podría ser un sistema de
control de humo sándwich donde una barrera divide áreas de un mismo
piso. Cambiar las ubicaciones de barreras podría requerir costo de
rediseño del sistema de distribución de aire especialmente si un
manejador de aire se asigna a cada zona de humo.
La única forma segura de probar en campo un diseño de control de humo
es suministrar humo caliente en cantidades reales. Debido a que esto
es generalmente impracticable, el humo frió es comúnmente usado para
pruebas de aceptabilidad. Por lo tanto, el desempeño real de los
sistemas de control de humo es pospuesta hasta la prueba durante
reales eventos de incendio, que son razonablemente y raramente
agradecidas. Debido a la rareza de la verdadera prueba, ventajas en la
tecnología del control de humo y sólidos acuerdos en técnicas de
diseño retraso detrás de aquellos sistemas que son usados diariamente
por sus destinadas aplicaciones (ejemplo, HVAC para enfriamiento
calentamiento).
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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