Rociadores ESFR y evacuación de humos (Valoración de 5.00 sobre 5, resultante de 1 votos)

Propagación interior y exterior, evacuación, instalaciones de protección contra incendios, intervención de bomberos, resistencia al fuego de la estructura
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#135160
Interesante estudio, aunque demasiado contundente la conclusión final. Dicha así, en frío, suena muy fuerte.
Personalmente pienso que para el caso de una cámara frigorífica, un SCTEH funcionaría con ventilación forzada, si conducimos los humos directamente al exterior, impidiendo la recirculación.
Falta la simulación de este ensayo.
:usuario :usuario
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#135166
unomas escribió:Regístrate aquí:
http://www.fmglobal.com/fmglobalregistration/
, y podrás descargarte gratuitamente en documentos pdf libres, las normas de diseño de los ESFR de Factory Mutual.


:amo :amo :amo
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#135178
marval7 escribió:Te adjunto estudio al respecto:

http://rapidshare.com/files/176630272/U ... s.pdf.html
Feliz Navidad a todos :brindis


Hola a todos.

Muchas gracias Marval7 por el documento. Me servirá para poner de manifiesto algunos conceptos interesantes :yep.

Como dudo que todo lo que he escrito quepa en una sola intervención, la desglosaré en varias, mientras el sistema me deje :espabilao.

Para empezar, quisiera recomendar no olvidar que una simulación realizada por ordenador no puede nunca sustituir a la realidad y cuando una simulación y la realidad no concuerdan, la que suele vencer es la realidad. Es por ello que, a pesar de los resultados de las simulaciones, éstos se han de validar con ensayos reales, especialmente en caso de duda y más aún si lo que se ha de validad / homologar, es un programa de cálculo / simulación.

Las simulaciones por ordenador, al fin y al cabo, no son más que caminos lógicos seguidos por una máquina. Si las premisas lógicas son erróneas, el camino lógico (si está bien realizado el programa que lo recorre), será correcto lógicamente hablando, pero conceptualmente será erróneo, o lo que es lo mismo, parafraseando a un mentat, “habrás seguido un camino lógico hasta que te despeñes” :ein .

Sin embargo, con una hoja de papel, un bolígrafo, una calculadora normalita y 15 minutos (lo que podemos estimar económicamente en 1 céntimo de € en papel más bolígrafo, 5 céntimos de calculadora y 15 € de mi tiempo de cálculo), a mí me ha costado más o menos 15,06 € demostrar (sin un ordenador y sin un programa carísimo) que el ejemplo está mal realizado. Luego me he tirado tres horas escribiendo estas conclusiones, pero eso es harina de otro costal, pues lo fundamental ya lo tenía solucionado.

Analizaré el ejemplo proporcionado, siguiendo la exposición realizada en el propio documento. Antes que nada, describo los que a mi parecer, son los errores más destacados del documento.

Primero, en el documento no se especifica el tipo de material almacenado, y su forma de almacenamiento (palets metálicos, de madera, plástico, producto en cajas de cartón, retractilado, etc) por lo que no puedo saber la carga de fuego, y el tipo de riesgo que se le puede asignar al almacenamiento, por lo que difícilmente podré valorar la corrección o no del ejemplo suministrado.

Segundo, los dos edificios son sustancialmente diferentes, especialmente por las dimensiones del edificio, y por tanto de la cantidad de género acumulado, lo que hace variar el riesgo de la instalación (no es lo mismo una estantería de género de 4,0 m de altura que una de 9,0 m).

Tercero, en el ejemplo se dice que en todas las simulaciones se generan el mismo incendio que inyecta en el interior del local la misma cantidad de calor y humo, según tú, 500 kW durante 80 minutos. Seamos serios, si tu fuego está ardiendo durante 80 minutos, el incendio en el edificio más grande, será de mucha mayor entidad que no en el pequeño, puesto que se habrá extendido a más cantidad de materia, o lo que es lo mismo, en el edificio mayor existe más carga de fuego que en el pequeño, y por lo tanto, la cantidad total de energía liberada será mucho mayor.

Cuarto, suponer que el fuego del ejemplo mantendrá las dimensiones durante 80 minutos, es un error grave, no sólo de concepto sino de conocimientos, pues en este tipo de almacenamientos, por el riesgo asociado al mismo, la instalación de extinción automática es prescriptiva, cosa que aquí en el ejemplo no se ha considerado, ¿o sí?. Además, en 80 minutos, entraría en combustión todo el género de ambos edificios, y seguro que los humos habrían salido de cualquiera de los dos edificios, no sólo por los aireadores naturales, sino incluso por las aberturas de aportación de aire de reemplazamiento.

Quinto, suponer que el incendio generado es de sólo 500 kW, representa otro error serio. He calculado el riesgo asociado a un almacenamiento de este tipo y he obtenido lo siguiente, según la UNE 23585:2004. Acudiendo al Anexo M (Clasificación de los espacios a proteger), Clasificación de los riesgos, pág. 155, Almacenajes de gran altura, Salas frigoríficas, he obtenido la clasificación S1. Acudiendo a la tabla 1, pág. 147, y (como tengo la limitación de altura de 4 m, no quiero pensar en la de 9,00 m...) embalaje tipo C1, obtengo la clasificación SC1. Acudiendo a la tabla 2 en la misma página, obtengo la Categoría de uso 1. Acudiendo a la tabla 3, las dimensiones normalizadas del incendio correspondientes a esta categoría, son de 3,00 m x 3,00 m, con un perímetro de 12 m y un área de incendio de 9 m2 (y esto, siendo optimista...).

Entonces, si divido los 500 kW entre los 9,00 m2, obtengo un resultado de 55,55 kW/m2, inferior al mínimo que establece la misma norma en el Anexo A, pág. 59 de 750 kW/m2, más concretamente, representa un 7,4% del valor que realmente le tocaría. Esto es grave.

Sexto, el ejemplo supone que la aportación de aire de reemplazamiento se realiza por la parte inferior del edificio, cuando esta configuración se tiende a evitar por los serios problemas que suele conllevar, no sólo de ejecutoria, sino de mantenimiento y funcionamiento. Lo normal es crear en la cubierta del edificio, por lo menos dos depósitos de humos, de tal forma que por uno se realice la extracción de humos y por el colindante la aportación de aire de reemplazamiento.

Séptimo, la configuración prevista para el desenfumaje del primer edificio, es errónea según la norma ya que la superficie máxima de todo depósito de humos cuando se plantea el desenfumaje de forma natural, no puede ser superior a 2.000 m2, y el edificio del ejemplo, en el que sólo hay un depósito de humos, tiene 80 m x 30 m = 2.400 m2 de superficie (punto 6.6.2.7, pág. 44 de la norma).

Octavo, la configuración prevista para el desenfumaje del primer edificio, es errónea según la norma ya que la longitud máxima del depósito de humos a lo largo de su eje mayor no puede ser superior a 60 m, y el edificio del ejemplo, en el que sólo hay un depósito de humos, tiene 80 m de largo (punto 6.6.2.9, pág. 44 de la norma).

Noveno, la situación del foco de incendio no me parece para nada correcta. Está situado en el centro de la nave, donde no hay estanterías. Si se produjese un incendio en este punto, implicaría que alguna persona se daría cuenta de ello, ya que en este punto sólo puede existir una carga si alguien la está transportando. Lo más lógico y probable, además de lo más peligroso, es que el fuego se hubiese producido en el centro de uno de los dos grupos de estanterías.

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#135179
Entrando ya en el análisis de los modelos, me centraré en los tres últimos.

Ventilación natural en cámara frigorífica (-25ºC).

Como el objetivo del modelo es preservar el género almacenado, especialmente por la afectación del humo, hay que considerar que la altura libre de humos deberá ser la máxima altura de estanterías, es decir, 4,0 m, con un espesor máximo de la capa de humos de 1,5 m.

Calculando el flujo másico con la ecuación B.2 pág. 62 de la norma, y tomando Ce= 0,188, se obtiene Mf= 18,048 kg/s.

Calculando el flujo de calor convectivo Qf, tal y como aparece definido en el apartado d del punto 6.2.2 de la norma (pág. 35), obtengo un valor de 400 kW.

Calculando la temperatura que alcanzarán los humos en la capa de humos por encima de la del ambiente en el interior del almacén, empleando la ecuación C.4, pág. 71 de la norma, tomando como c= 1,04, obtengo un valor de 21,31 grados (da igual que sean centígrados o kelvin).

Pues bien, este valor es tremendamente cercano al mínimo que se pide en la norma para garantizar la estabilidad de la capa de humos, que ha de tener una temperatura 20 grados superior a la del ambiente, punto 6.6.2.5 de la norma (pág 44), para que no se rompa y se mezcle con el aire situado por debajo de ella.

Ahora bien, analizando el resultado veo que la temperatura real de la capa de humos sería de= -25 + 21,31= -3,69 ºC, y como la temperatura del aire exterior es de 20ºC, es lógico que estos humos no salgan del edificio, pues la capa térmica que tienen por encima se lo impide.

Para más inri, si analizo con más detalle las cuatro subfiguras que componen la figura 7 de la pág. 3 del ejemplo, observo con sorpresa cómo, en la primera, el penacho de humos del incendio aparece claramente diferenciado por la temperatura de sus gases, como una columna roja. Sin embargo, en la siguiente subfigura, a los 110 segundos, el fuego se ha apagado. ¿Cómo es eso? ¿no decía el ejemplo que el fuego duraba 80 minutos? ¿con qué medios se ha extinguido el incendio? ¿rociadores?, ¿bies?...

Es más, esto se repite en los cuatro casos analizados, lo cual quiere decir que se apaga el fuego y no se consigue una capa de humos muy estable. Además, no se pretenderá que en un incendio no haya restos de humo en el edificio, ¿verdad?

Por otro lado, si a los 110 segundos, ya no hay fuego, y en el ejemplo se comenta que el aire frío se está escapando (provocando el deterioro del género almacenado), lo más sencillo sería cerrar las aberturas. Finalmente, no creo que a menos que el género del ejemplo sea extremadamente delicado, 230 segundos, es decir 3,83 minutos con un ligero incremento de temperatura deterioren todo el producto, especialmente si está envasado, pues por su propia masa, conserva el frío. Esta es información que desconozco.

Como contra análisis, si considero una carga de fuego como la que marca la norma, el flujo de calor convectivo resulta de 5.400 kW y por tanto, el incremento de temperatura de la capa de humos generada (manteniendo el espesor de la capa de humos en 1,50 m) es de 287,70 grados, y por lo tanto, la temperatura real de la capa de humos es de = -25 + 287,70 = 262,70ºC, más que suficiente como para que los humos salgan del edificio a pesar de que exista una temperatura de 20ºC en el exterior.

Mejorando aún más la disposición del sistema de extracción de humos, y jugando a favor del sistema teniendo en cuenta las especiales características del almacenamiento, ahora más que nunca es conveniente diseñar la aportación de aire de reemplazamiento por la cubierta, habiendo generado dos depósitos de humos, eliminando por tanto, la aportación de aire de reemplazamiento por la parte inferior del edificio.

Realizando la aportación de aire de esta forma se gana lo siguiente. Como el aire frío del edificio, no va a salirse por la parte inferior, pues no tiene vía de escape, actuará como una capa “semisólida”, sobre la que se moverán los gases calientes. Como el humo caliente no tiene espacio por su parte inferior para fluir pero sí tiene aberturas por las que escapar, el movimiento ascendente se verá favorecido. Más aún, como el aire exterior se considera que está a 20ºC, tal y como muestra la simulación por ordenador, entrará fácilmente en el edificio por los aireadores naturales del depósito bajo el cual no se encuentra situado el incendio, ayudando a que los humos sean evacuados. Como se puede ver, esta solución es mucho mejor que la del ejemplo.


Ventilación forzada en almacén a temperatura ambiente.

En este caso, despreciando los errores de concepto asociados a las características propias de un almacén refrigerado (pues no es el caso), existen los otros que he destacado y alguno más.

Uno de los nuevos errores consiste en decir que: “Se comprueba que el aire recorre toda la nave por la parte inferior y empuja el humo hacia la parte superior. Hay renovación del aire interior y por lo tanto de los gases y humos calientes del incendio y que se encuentran en la parte alta de la nave”.

El aire de renovación no “empuja el humo hacia la parte superior”. Decir esto implica que se está introduciendo aire a presión dentro del edificio, cuando es falso. Al emplear extracción forzada, lo que se está haciendo realmente es extraer humo y por depresión, es cuando el aire de reemplazamiento entra, cosa muy diferente, o lo que es lo mismo, el aire de reemplazamiento no empuja sino que llena un espacio dejado por el volumen de gases de la combustión extraído.

Por otro lado, realizar la extracción forzada de los humos a una velocidad de 2,5 m/s, me parece otro error, pues esta velocidad es incluso inferior a la velocidad de circulación que se puede encontrar en cualquier red de aire acondicionado. Una velocidad normal en sistemas de extracción forzada de humos de incendio se sitúa entre 8 y 10 m/s.

No obstante, considerando la velocidad de 2,5 m/s y una sección de paso de 4 m2 (pág. 4 del ejemplo proporcionado), el volumen de aire extraído a los 180 segundos (tercera subfigura de la figura 9) es de = 2,5 x 4,0 x 180 = 1.800 m3, mientras que el volumen de aire contenido en el edificio es de = 17,0 x 10,0 x 5,5 = 935 m3 (menos el espacio ocupado por el género almacenado), o lo que es lo mismo, como mucho, a los 93,5 segundos de activarse los extractores, éstos habrán sacado todo el aire interior del edificio, incluyendo los humos. Recordemos este dato.

Sigo :usuario
Última edición por unomas el 26 Dic 2008, 11:53, editado 1 vez en total
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#135180
Ventilación forzada en cámara frigorífica (-25ºC).

En este caso, el camino lógico erróneo ha llevado a la computadora hasta el precipicio, pues demuestra un funcionamiento que me parece coherente con todos los supuestos, pero erróneo precisamente en ellos, por todo lo que he explicado más arriba.

Aún más. Si existe la capa de humos (que existirá), al existir extracción forzada y al estar la capa situada en la parte más alta del edificio (pues es la que tiene mayor flotabilidad), será la primera en ser extraída, es decir, el humo del incendio se extraerá y no contaminará el interior del almacenamiento, pues en este caso su salida no dependerá de la diferencia de temperaturas para ascender.

Recordemos el cálculo de volumen que he realizado más arriba. El volumen ocupado por la capa de humos es: 17,0 x 10,0 x 1,5 = 255 m3, y suponiendo la velocidad de extracción de 2,5 m/s y la superficie de extracción de 4,0 m2, al cabo de 25,5 segundos, se habrá extraído todo el humo del incendio.

Por otro lado, la velocidad de extracción de los humos suele estar entre 8 y 10 m/s, por lo que existirán auténticos chorros de aire lanzados verticalmente hacia la atmósfera y que tendrán tiempo de calentarse lo suficiente con el resto del aire que rodea el edificio, como para no descender y dirigirse hacia las aberturas de aportación de aire de reemplazamiento, que fluye hacia el interior del edificio a una velocidad inferior a la de extracción (2,5 m/s frente a 8 o 10 m/s). Esto es así porque la velocidad de aportación del aire de reemplazamiento no puede ser igual ni de lejos a la de extracción para no afectar a la estabilidad de humos.

Aquí vuelve a existir un error de concepto grave, pues la norma establece que la velocidad del aire de aportación no puede ser mayor a 1,00 m/s (punto 6.8.2.14, pág. 49 de la norma), a menos que se tomen medidas adecuadas para garantizar la estabilidad de la capa de humos, y aunque no se dice nada en el ejemplo, analizando la figura 2 y por el tamaño aproximado de las aberturas de aportación de aire e reemplazamiento, supongo que se ha previsto la misma superficie de aportación de aire que la de extracción, o lo que es lo mismo, la velocidad de entrada del aire de reemplazamiento también será de 2,5 m/s, colaborando en la destrucción de la capa de humos. No obstante, no olvidemos que a los 25,5 segundos de activarse los extractores, ya se habrán extraído todos los humos del incendio.


Conclusiones.

Todo esto me hace concluir que, menos el caso 2.1 del ejemplo, todas las otras simulaciones son incorrectas, no por el método de simulación empleado ni por el programa (cosa que no puedo evaluar), sino por los errores de concepto introducidos en los diferentes modelos de computación, derivados principalmente de un marcado desconocimiento tanto de la norma como de la correcta forma de diseñar sistemas de extracción de humos de un incendio en un edificio.


Recomendaciones.

La persona o personas responsables de haber parametrizado los modelos, así como de haber diseñado los mismos, deberían estudiar profundamente la norma o dejarse asesorar antes por especialistas (yo no lo soy), antes de precipitarse por según que caminos que sólo conducen a despeñaderos, muy costosos, por cierto.

Ya en el ámbito de la presentación realizada, si se observa detalladamente la primera subfigura de la figura 7 de la página 3 del ejemplo, si fuera yo el que hiciera la presentación, procuraría que existiese una marcada diferenciación de colores entre el penacho de humos que sale del incendio y el aire exterior pues, aunque es cierto que con el cálculo realizado, los humos existentes en la capa de humos, alcanzan sólo una temperatura de -3,69ºC, los humos del penacho seguramente tienen una temperatura mucho mayor, del orden de por ejemplo, 200 o 300ºC, que obviamente se enfrían en su ascenso pues absorben el aire circundante que se encuentra aproximadamente a -25ºC.

Si no se hace esto, da la impresión de que el aire exterior está a la misma temperatura que los gases del incendio, lo cual no es del todo cierto. Creo que el error se encuentra en la insuficiencia de la escala gráfica de temperaturas, que por encima de 20,5ºC, es roja independientemente de si la temperatura alcanzada es de 30ºC o de 200ºC.

:saludo
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#135182
&&%**/($$· :!: :!: , unomás, podías escribir un libro con lo que disertas. Eso sí que se llama capacidad de análisis. :mrgreen:
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#135192
unomas escribió:....o dejarse asesorar antes por especialistas (yo no lo soy),


:shock: :shock: Menos mal .... :ein :ein Eso es humildad, y no lo de Ghandi.

Mi "selebrito" no puede procesar tanta información en tan poco tiempo, este fin de semana me lo miraré con más calma porque ¡vaya post que os traeis entre manos!

:amo
por
#135381
Hola a todos!

Ante todo, gracias Unomás por la inversión de tiempo dedicada en el análisis del documento y compartirla con el resto de los foreros...

El documento al que he hecho referencia en mi último hilo corresponde con una ponencia realizada en el XI Congreso Internacional de Ingeniería de Proyectos celebrado en Lugo en Septiembre del 2007 . Está basado en técnicas de Diseño Basado en Prestaciones (Performance Based).

No puedo contestarte a los interrogantes que plantas en tu exposición (ya me gustaría, ya) pero si aclarar que en la cámara frigorífica objeto de estudio se ha considerado la coexistencia de rociadores (entiendo que secos ó húmedos con líquido anticongelante) con SCTEH por lo que siguiendo los criterios de la UNE 23585 en el caso de ventilación natural:

- Potencia Calorífica: qf = 250 kW/m2 (Anexo A para incendios con rociadores)
- Masa de Humo Generada: Mf=18,048 Kg/s
- Flujo Convectivo de Calor: Qf =1.800 kW
- Temperatura Ambiente Considerada: To= 248 ºK
- Incremento Medio (Teórico) de la Temperatura:
* Ɵc= 96 ºC (aplicando ecuación C.4, pág 71 de la norma)
* Anexo F “puede asumirse que la temperatura de la capa de humos es aproximadamente igual a la temperatura de operación de los rociadores”. Suponiendo ts=74ºC , Ɵc = 74-(-25)= 99 ºC
- Temperatura Media Termodinámica: Tc=248+99=347ºK (74 ºC)!!!

Releeré tu exposición de nuevo antes de sacar mis conclusiones.... Hoy se me ha hecho un poco tarde...
:cabezazo

Saludos :yep
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