estudio de la evacuación de ocupantes y control de humo en

TESIS DE MÁSTER
ESTUDIO DE LA EVACUACIÓN DE
OCUPANTES Y CONTROL DE HUMO EN
EDIFICIO EN ALTURA
AUTOR: Adrián Ramírez Cifuentes/ 687.792.665/ [email protected]
Madrid, septiembre de 2012
Firma Autor:
VºBº Director proyecto:
Autorizada la entrega de la tesis de máster del alumno/a:
Adrián Ramírez Cifuentes
EL COORDINADOR DEL MIPCI
Gabriel Santos
………………………………………………….
Fdo.: ……………………………………
Fecha: ……/ ……/ ……
Vº Bº del Director de proyecto
Gabriele Vigne
Fdo.: …………………………………
Fecha: ……/ ……/ ……
Proyecto Fin de
Máster
Estudio de la evacuación de
ocupantes y control de humo
en edificio en altura
Adrián Ramírez Cifuentes
Curso académico 2011-2012
Director de proyecto: Gabriele Vigne
MIPCI
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Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de la evacuación de ocupantes y control de humo en edificio
en altura – Adrián Ramírez Cifuentes
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Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
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TÍTULO
Estudio de la evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en
altura
ALUMNO 1
Adrián Ramírez Cifuentes
DIRECTOR
Gabriele Vigne
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto lleva a cabo un estudio de seguridad contra incendios del edificio de oficinas de la
Mutua Madrileña ubicado en el Paseo de la Castellana nº 50, en Madrid, con el fin de identificar
los problemas en materia de cumplimiento de CTE y su DB así como la evacuación de los
ocupantes de forma segura en caso de incendio.
OBJETIVOS
El presente estudio tiene con fin último justificar técnicamente mediante cálculos avanzados que
el tiempo total requerido para la evacuación (RSET – Required Safe Egress Time) en
condiciones seguras de todos los ocupantes afectados por los escenarios previsibles de
incendios analizados es inferior al tiempo disponible (ASET – Available Safe Egress Time) en
condiciones de incendio para dicha evacuación.
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ÍNDICE
1
2
Introducción .............................................................................................................................9
1.1
Antecedentes ................................................................................................................11
1.2
Objetivos .......................................................................................................................16
1.3
Condicionantes .............................................................................................................16
1.3.1
Plantas de oficina .................................................................................................17
1.3.2
Atrio ......................................................................................................................23
Metodología ...........................................................................................................................28
2.1
Introducción...................................................................................................................28
2.2
Análisis de la evacuación..............................................................................................28
2.2.1
Componentes del tiempo de evacuación .............................................................30
2.2.2
Hipótesis asumidas ..............................................................................................31
2.3
3
Análisis del comportamiento del fuego .........................................................................32
2.3.1
Modelos algebraicos ............................................................................................32
2.3.2
Modelos de zonas ................................................................................................33
2.3.3
Dinámica de incendios .........................................................................................36
2.4
Análisis del tiempo de activación de rociadores ...........................................................36
2.5
Criterios de eficacia ......................................................................................................44
Escenarios de incendio..........................................................................................................47
3.1
Introducción...................................................................................................................47
3.2
Hipótesis asumidas.......................................................................................................49
3.2.1
Origen del incendio ..............................................................................................49
3.2.2
Ubicación de la carga combustible ......................................................................50
3.2.3
Tamaño de los incendios: factores intervinientes ................................................50
3.2.4
Actuación del sistema de detección.....................................................................50
3.3
4
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Escenarios de incendio de diseño ................................................................................51
3.3.1
Escenario 1: Incendio en oficina ..........................................................................51
3.3.2
Escenario 2a: Incendio en atrio – spill plume.......................................................54
3.3.3
Escenario 2b: Incendio en atrio – axi-symmetric plume ......................................55
Determinación de RSET ........................................................................................................57
4.1
Introducción...................................................................................................................57
4.2
Hipótesis asumidas.......................................................................................................57
4.3
Metodología ..................................................................................................................58
4.3.1
Tiempo anterior al movimiento.............................................................................59
4.3.2
Tiempo de movimiento .........................................................................................61
4.3.3
Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 1 ................................................61
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5
Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2a ..............................................67
4.3.5
Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2b ..............................................70
Determinación de ASET ........................................................................................................72
5.1
Introducción...................................................................................................................72
5.2
Condicionantes .............................................................................................................72
5.3
Metodología ..................................................................................................................72
5.3.1
Evolución del incendio – Escenario 1 ..................................................................73
5.3.2
Evolución del incendio – Escenario 2a ................................................................76
5.3.3
Evolución del incendio – Escenario 2b ................................................................79
6
Conclusiones .........................................................................................................................81
7
Bibliografía.............................................................................................................................83
8
Apéndice A – Instalaciones de PCI .......................................................................................84
9
10
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4.3.4
8.1
Sistemas de detección automática de incendios..........................................................84
8.2
Sistemas de extinción de incendios mediante agua nebulizada ..................................91
Apéndice B – Dinámica del incendio .....................................................................................95
9.1
Control de humos..........................................................................................................95
9.2
Movimiento del humo....................................................................................................95
9.3
El penacho de incendio (fire plume) .............................................................................98
9.3.1
El penacho axisimétrico .....................................................................................103
9.3.2
El penacho de derrame ......................................................................................105
9.4
Temperatura del penacho...........................................................................................109
9.5
Tasa de producción de humo .....................................................................................110
Anexo 1 – Datos de entrada/salida Escenario 1 (BRANZFIRE) .....................................114
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MEMORIA DESCRIPTIVA
1
Introducción
Este proyecto tiene como objetivo llevar a cabo un estudio de seguridad contra incendios del
edificio de oficinas de la Mutua Madrileña ubicado en el Paseo de la Castellana nº 50, en Madrid,
con el fin de identificar los problemas en materia de cumplimiento de CTE [CTE] y su DB
[DBSI10] así como la evacuación de los ocupantes de forma segura en caso de incendio.
Fotografía 1: Vista general del edificio, fachada principal
Los recorridos de evacuación hasta las salidas de planta no superan los 25 m de longitud en
ningún caso, el problema se plantea al observar la arquitectura del edificio y su configuración.
El edificio está compuesto por un total de 19 plantas repartidas de tal manera que 13 de ellas
quedan por encima de la planta de acceso (cota + 3,68) y 6 quedan por debajo.
La altura media entre las plantas es de 3,20 m, lo que nos condiciona a tener unas alturas
máximas de evacuación descendente y ascendente próximas a los 43 m y 17 m
respectivamente.
La configuración del edificio se muestra en la siguiente imagen:
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Figura 1: Sección general del edificio y distribución
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1.1
Antecedentes
Los promotores del proyecto toman como punto de partida para el diseño del edificio una idea
basada en una zona de acceso principal de gran superficie, con espacios donde las alturas
superan los 10 m y desde la cual se puede acceder a las plantas de oficinas situadas por
encima.
La entrada al edificio se efectúa por la puerta principal, localizada en la cota (+ 3,68). Esta planta
comunica con todas las plantas a través de un núcleo de ascensores que está situado previo a la
escalera de evacuación.
Figura 2: Vista acceso principal, núcleo de ascensores y escalera de evacuación.
A su vez, desde la planta de acceso se puede acceder directamente a la zona donde está
ubicado el atrio, que abarca las plantas desde la cota +0,00 a +7,36 y cuyo punto más alto se
localiza en la cota + 16,90.
Figuras 3 y 4: Acceso al atrio desde entrada principal y detalle de atrio.
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Fotografía 2: Vista del atrio desde cota +0,00
Fotografía 3: Vista del atrio desde cota +3,68
Fotografía 4: Detalle escaleras desde cota +0,00
Fotografía 5: Detalle escaleras desde cota +3,68
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La planta terraza (cota + 11,04) es en su totalidad una zona abierta al aire libre cuya finalidad es
la preparación de eventos sociales y pequeñas exposiciones.
Esta planta tiene comunicación directa con la zona superior del atrio.
Fotografía 6: Vista acceso terraza desde escalera
Fotografía 8: Vista general terraza
Fotografía 7: Vista escaleras desde terraza
Fotografía 9: Vista superior atrio desde terraza
Por encima de la planta terraza nos encontramos 9 plantas de oficinas, que abarcan desde la
cota + 15,25 a la + 40,85.
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El acceso a las oficinas se realiza directamente desde el vestíbulo de ascensores o atravesando
este si accedemos desde las escaleras.
Figura 5: Detalle vista planta oficina
Fotografía 10: Vista vestíbulo ascensores
Todas y cada una de las plantas de oficinas son iguales y la superficie de cada una es de 226
m2.
Las dos últimas plantas están destinadas a ubicar los equipos del sistema de climatización y
ventilación del edificio así como los cuartos de maquinaria de los ascensores.
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Los sótanos -1, -2, -3, -4 y -5 (cotas -2,56, -5,12, -7,68, -10,24 y -13,70 respectivamente) están
reservadas para su uso como garaje y la distribución es la siguiente:
- Sótano -1: zona de garaje (520 m2) y cuartos de instalaciones, mantenimiento, basuras,
limpieza y vestuarios.
- Sótanos -2, -3 y -4: zona de garaje (850 m2/planta).
- Sótano -5: zona de garaje (780 m2/planta) y cuartos para grupos de presión.
Figura 6: Configuración planta sótano -4
En caso de emergencia la evacuación desde estas plantas se realizará a través de dos o tres
escaleras de evacuación ascendente en función de la planta en la que nos encontremos.
Todas las escaleras de evacuación ascendente son especialmente protegidas y al llegar a la
cota +0,00 comunican con un pasillo protegido (recinto suficientemente seguro para permitir que
los ocupantes puedan permanecer en el mismo durante un determinado tiempo) que da salida
directa al exterior del edificio.
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Figura 7: Ubicación de escaleras de evacuación y pasillos protegidos
1.2
Objetivos
El presente estudio tiene con fin último justificar técnicamente mediante cálculos avanzados que
el tiempo total requerido para la evacuación (RSET – Required Safe Egress Time, en sus siglas
inglesas) en condiciones seguras de todos los ocupantes afectados por los escenarios
previsibles de incendios analizados es inferior al tiempo disponible (ASET – Available Safe
Egress Time, en sus siglas inglesas) en condiciones de incendio para dicha evacuación.
Este estudio se realizará en los escenarios de incendio que se consideren más críticos.
Todos los escenarios son descritos en el apartado 3 - Escenarios de incendio - de este estudio.
1.3
Condicionantes
Son varios los elementos que condicionan la seguridad de los ocupantes, pero los principales se
dan en las plantas que encontramos por encima de la planta acceso, exactamente en las plantas
que comunican con la única escalera de evacuación del edificio, y en el atrio existente en la zona
posterior del edificio.
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1.3.1
Plantas de oficina
El acceso a las escaleras protegidas (o elementos protegidos en general) debe realizarse desde
espacios de circulación comunes y sin ocupación propia. Con ello se pretende que no se pueda
acceder a dichas escaleras directamente desde zonas de estancia, como viviendas, despachos o
aulas.
Dado que una oficina diáfana supone un espacio destinado tanto a circulación, como a estancia,
no sería aceptable acceder directamente desde dicho espacio a una escalera protegida, por lo
que entre ambos debe interponerse un espacio exclusivo de circulación.
La solución adoptada en estos casos suele ser la colocación de un vestíbulo de independencia
entre la zona de oficinas y la escalera de evacuación.
En el caso que nos ocupa esta opción está contemplada tal y como se observa en la imagen
adjunta:
Figura 8: Ubicación de vestíbulo de independencia
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Un vestíbulo de independencia, según el DB-SI [DBSI10] en su anejo DB-SI A, se define como
sigue:
Figura 9: Definición de vestíbulo de independencia según [DBSI10]
Vinculado a este vestíbulo de independencia, y a la escalera protegida, nos encontramos varios
ascensores en una misma caja.
Fotografías 11 y 12: Vista vestíbulo independencia y ascensores
Debido a la existencia de los ascensores se decide compartimentar internamente la caja común
de los mismos, separándolos mediante un elemento EI120, para poder independizarla de la
escalera.
En caso de incendio se procederá a notificar la alarma e iniciar el plan de evacuación. El
recorrido de evacuación a seguir será abandonar la oficina a través del vestíbulo anteriormente
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descrito y acceder al recinto de la escalera protegida para descender a través de ella hasta
alcanzar la salida del edificio localizada en la planta baja.
Figura 10: Esquema evacuación desde planta
Una escalera protegida, según el DB-SI [DBSI10] en su anejo DB-SI A, se define como sigue:
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Figura 11: Definición de vestíbulo de escalera protegida según [DBSI10]
La protección frente al humo de la escalera se ha realizado siguiendo los criterios del apartado 4
b. La superficie a ventilar por tramo de escalera y planta es de 12,5 m2, existiendo una altura de
3 m, lo que nos obliga a proteger un volumen de más de 36 m3.
Este volumen nos insta a renovar el aire mediante unas rejillas de ventilación cuya superficie
sea, como mínimo, de 1850 cm2 (por ejemplo 2 rejillas de 600 x 300 mm)
Fotografías 13 y 14: Detalle rejillas de ventilación escalera de evacuación
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Continuando la aplicación del CTE [CTE] y su DB-SI [DBSI10] encontramos que, debido a la
existencia de este vestíbulo de independencia y a la escalera protegida, realmente se dispone de
una escalera especialmente protegida.
Figura 12: Definición de vestíbulo de escalera especialmente protegida según [DBSI10]
Este punto nos permite ampliar las condiciones de protección que deben cumplir las
escaleras previstas para evacuación.
Figura 13: Condiciones de protección en función de la tipología de escalera según [DBSI10]
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Los criterios de diseño que deben seguir todas las escaleras de evacuación se muestran a
continuación.
Figura 14: Anchura mínima de escalera según [DBSI10]
Observando la Figura 14 podemos observar que la anchura mínima de la escalera no será
inferior a 1,00 m.
En el proyecto que tratamos la anchura de las escaleras de evacuación no supera el metro de
longitud, lo que supone un factor clave a la hora de llevar a cabo una evacuación completa del
edificio en condiciones de seguridad en caso de una situación de emergencia. Esto es debido a
que la anchura tiene una relación directa con el nivel de seguridad de la misma.
Una escalera demasiado estrecha dificulta el movimiento de la persona y hace que el mismo a
través de ella sea menos fluido, lo que ocasiona problemas en la evacuación al disminuir la
velocidad de desplazamiento de los ocupantes.
Todos los elementos de evacuación (puertas, pasillos, escaleras, etc) deben dimensionarse
siguiendo las normativas vigentes; en el caso de escaleras destinadas a evacuación se utiliza el
DB-SI [DBSI10] en su apartado SI3 (Evacuación de ocupantes).
Figura 15: Dimensionamiento de escalera según [DBSI10]
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En un cambio de uso, el DB-SI [DBSI10] obliga a adecuar las escaleras, tanto en lo relativo a su
capacidad de evacuación, como a los demás aspectos regulados por el CTE [CTE]:
compartimentación, peldañeado, longitud de los tramos, ventilación, instalaciones, etc. El hecho
de que un cambio de uso suponga reducir la ocupación (o no aumentarla) no es, en principio,
argumento suficiente para que una escalera no se adecue al DB-SI [DBSI10].
No obstante, dada la evidente dificultad de adecuar por completo las escaleras existentes, así
como las desfavorables condiciones de seguridad contra incendios que se observan, el DB-SI
[DBSI10] permite que esta adecuación no se lleve a cabo debido a que los trabajos que son
necesarios realizar no son viables desde el punto de vista técnico y económico.
1.3.2
Atrio
La función del atrio es hacer llegar la luz natural al interior del edificio así como proporcionar una
zona de paso que comunique con facilidad las tres plantas que abarca.
Figura 16: Disposición general del atrio
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Fotografías 15 y 16: Detalle lucernarios en atrio
Fotografía 17: Detalle escalera de comunicación entre plantas
La limitación en materia de protección contra incendios que existe en este tipo de estructuras se
debe a las normativas vigentes en España, ya que no ofrecen recursos para abordar los riesgos
que pueden producirse en ellas.
El CTE [CTE] plantea una serie de medidas de seguridad contra incendios en atrios. Estas
medidas se fijan en una serie de características del edificio y se ofrecen una serie de soluciones
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prescriptivas. El problema de este planteamiento es que la facilidad de la aplicación va en
detrimento de la flexibilidad, lo que limita mucho el diseño de los edificios.
Las soluciones modelo son útiles hasta cierto punto, ya que al establecer soluciones a la medida
deben realizarse ciertas suposiciones, que no se corresponden necesariamente con el edificio
concreto que se está estudiando; es por eso que en el caso que estamos planteando no
podamos aplicar un método prescriptivo sino prestacional.
El principal problema que se nos plantea en el atrio, en caso de incendio, es el humo que se
genera.
El humo que penetra en el atrio está contenido dentro de un espacio que abarca 3 plantas de
altura en las que hay presencia de personas y, a medida que se genera más cantidad de humo,
la capa acumulada en la parte superior irá descendiendo peligrosamente, lo que ocasionará que
los ocupantes que estén en los niveles superiores se vean afectados por el humo a un ritmo
mayor que los que ocupan los niveles inferiores.
Figura 17: Detalle de evolución del crecimiento de la capa de humos acumulada en el atrio
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Figura 18: Detalle ocupación total de humos en zona superior de atrio
Figura 19: Detalle ocupación total de humos en planta primera
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Otro
aspecto
importante
es
el
sector
de
incendios
generado.
Todas las plantas que abren al atrio están formando un gran sector que, lógicamente, excede las
dimensiones máximas recomendadas en las normativas; además, la comunicación entre las
plantas puede provocar la propagación del incendio a través de ellas debido a la radiación y al
humo caliente retenido.
Fotografías 18 y 19: Detalle comunicación de plantas en el atrio y sector único de incendios
En el caso que tratamos, además, nos encontramos con la posibilidad de que, en caso de
incendio, los ocupantes utilicen las escaleras que comunican las plantas como ruta de
evacuación, aspecto que podría ser muy peligroso si la capa de humos descendiese hasta llegar
a estas zonas.
Es por eso que el estudio debe demostrar que la capa de humos se mantendrá por encima de la
altura mínima establecida para evacuar de forma segura en cualquier punto del atrio y que, en
caso de no ser así, la evacuación de los ocupantes ya se haya producido.
Para conseguir este objetivo se llevará a cabo un análisis de los distintos escenarios de incendio
que se puedan dar en el recinto del atrio con el fin de determinar la cantidad de humo que entra
en el mismo y la que será necesaria extraer para evitar que las personas se vean afectadas
durante la evacuación.
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2
Metodología
2.1
Introducción
Como parte del estudio PBD, se presentan en este apartado los requisitos prescriptivos según la
vigente regulación que afectan exclusivamente al análisis de la evacuación, para contar con ellos
como punto de partida en el estudio, como por ejemplo, las instalaciones de protección contra
incendios.
El Código Técnico de la Edificación en su Documento Básicos Seguridad en Caso de Incendio
(DB SI) es la regulación normativa que debe aplicarse. Esta reglamentación se aplica a los
proyectos y a las obras de nueva construcción, de reforma de edificios y de establecimientos, o
de cambio de uso de los mismos, excluidos los de uso industrial.
Debido a que no se cumple con el DB SI, se han de utilizar soluciones distintas a las reflejadas
en su contenido para lograr las diferentes exigencias básicas. Además en el CTE se permite el
uso de soluciones alternativas, como establece el CTE en la parte 1, en el capítulo 2 del
apartado 5 - Condiciones generales para el cumplimiento del CTE -:
“3. Para justificar que un edificio cumple las exigencias básicas que se establecen en el CTE
podrá optarse por:
a) Adoptar soluciones técnicas basadas en los DB, cuya aplicación en el proyecto, en la
ejecución de la obra o en el mantenimiento y conservación del edificio, es suficiente para
acreditar el cumplimiento de las exigencias básicas relacionadas con dichos DB; o
b) Soluciones alternativas, entendidas como aquellas que se aparten total o parcialmente de los
DB. El proyectista o el director de obra pueden, bajo su responsabilidad y previa conformidad del
promotor, adoptar soluciones alternativas, siempre que justifiquen documentalmente que el
edificio proyectado cumple las exigencias básicas del CTE porque sus prestaciones son, al
menos, equivalentes a los que se obtendrían por la aplicación de los DB.”
Para el desarrollo de este estudio basado en soluciones alternativas, nos hemos centrado en el
proceso de diseño basado en la eficacia que marca la guía de la ingeniería de la SFPE
Handbook 4th Edition [SFPE10] de protección contra incendios para el análisis y diseño de
edificios.
2.2
Análisis de la evacuación
El análisis de la evacuación tiene como finalidad determinar el tiempo de evacuación siguiendo
los procedimientos indicados en el SFPE Handbook 4th Edition [SFPE10].
El tiempo de evacuación se define como el tiempo requerido por los ocupantes de un edificio
para abandonarlo en caso de incendio y se obtiene a partir de diferentes componentes. El
cálculo del tiempo de evacuación se realiza para cada uno de los escenarios de incendio
analizados, con el objeto de determinar cuál de ellos es el más desfavorable en cuanto a tiempo
empleado para la evacuación.
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Para desarrollar el procedimiento de evacuación del edificio se ha elegido un modelo simplificado
en el que el movimiento de las personas se considera como si fuese un fluido, esto es, se asigna
una velocidad, un flujo y una densidad a los individuos en función del lugar del edificio en el que
se encuentren.
Las personas que se mueven por las rutas de evacuación de un edificio mantienen un espacio
libre (denominada capa límite de tránsito) con las paredes y otros obstáculos inmóviles que
pasan. Este espacio libre, que puede variar desde los 10 cm en escaleras y pasillos laterales
hasta los 40 cm en grandes corredores, resulta necesario para acomodar el vaivén lateral del
cuerpo y asegurar el equilibrio. La anchura útil (efectiva), We, de un camino de salida es la
anchura libre del camino menos la anchura de esa capa límite de tránsito.
Para cuantificar el grado de acumulación de personas en una ruta de evacuación se emplea el
parámetro de la densidad, que se expresa en personas/m2, y la velocidad del flujo de evacuación
es una función de la densidad de ocupantes.
La expresión de la velocidad de marcha de las personas viene dada por la siguiente ecuación
[PD7974]:
S=k–a.k.D
Siendo S la velocidad (m/s), D la densidad (personas/m2), k es una constante (1,40 en
corredores, pasillos, puertas, escaleras) y a es 0,266 si trabajamos en m/s y personas/m2.
A partir de lo anterior se obtiene el flujo específico, que es el flujo de personas a evacuar en un
punto por unidad de tiempo y anchura efectiva de la ruta. El flujo se expresa en personas/s/m de
anchura efectiva y tiene la expresión [PD7974]:
Fs = S . D
Combinando las dos ecuaciones anteriores se obtiene la siguiente expresión [PD7974]:
Fs = (1 - a . D) . k . D
La expresión que determina el flujo real es [PD7974]:
Fe = Fs . We
Donde Fc, es el flujo calculado, Fs es el flujo específico y We la anchura efectiva.
A partir del flujo calculado se obtiene el tiempo de paso Tp, es decir, el tiempo necesario para
que un grupo de personas pase un punto en una ruta de evacuación [PD7974].
Tp = P / Fc
A su vez se tienen en cuenta unos factores correctores que establecen que el movimiento de los
individuos dependa de, entre otras, las condiciones del ambiente, los otros ocupantes y/o si hay
situaciones de incendio.
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Estos factores influyen de manera crítica en el tiempo de evacuación, por lo que se deben tener
muy en cuenta cuando se realiza un análisis de este tipo.
Para obtener estos tiempos se ha procedido a realizar una serie de cálculos a mano.
2.2.1
Componentes del tiempo de evacuación
En general en el tiempo de evacuación se consideran 3 partes: detección, pre-movimiento y
movimiento.
Figura 20: Componentes del tiempo de evacuación
DETECCIÓN: tiempo que tarda el sistema de detección (o las personas) en activar e iniciar la
secuencia de notificación de alarma.
Aunque la detección de forma manual podría proporcionarnos unos tiempos más reducidos que
de forma automática, se ha decidido no contemplar esta posibilidad, adoptando así una postura
conservadora, debido a la incertidumbre que significa descansar una estrategia de seguridad
ante incendio en el comportamiento de las primeras personas que detecten visualmente el
incendio.
PRE-MOVIMIENTO: tiempo que tardan los ocupantes en empezar a moverse hacia las rutas de
evacuación.
Son muchos los factores que influyen en el tiempo de pre-movimiento como la capacidad del
ocupante para percibir y entender la alarma, el tipo de sistema para notificar la alarma, el
procedimiento de evacuación establecido, etc.
MOVIMIENTO: tiempo que tardan los ocupantes en evacuar la zona y llegar a un lugar seguro.
El estudio del movimiento de las personas, como ya se dijo anteriormente, se basa en un modelo
hidráulico, es decir, el movimiento de la gente desplazándose desde las plantas hasta las salidas
es tratado como un fluido, considerando parámetros como la velocidad (m/s), flujo en escaleras,
puertas, pasillos, etc. (per/m/s).
Este tiempo se ve afectado por variables como la velocidad de desplazamiento de los usuarios,
ancho de las rutas, número de ocupantes, etc.
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El tiempo de movimiento se puede considerar como el tiempo que tarda el primer ocupante en
alcanzar la salida sumado al flujo de personas que la atraviesan por unidad de tiempo ó como el
tiempo que tarda el último ocupante en alcanzar la salida.
Llevaremos a cabo un procedimiento basado en un análisis determinístico, con cálculos con
fundamentos técnicos avanzados realizados a mano, donde se contemplan limitaciones e
hipótesis de partida, adecuadamente justificadas, asumidas desde un punto de vista conservador
que permitan aceptar los datos obtenidos como un resultado aceptable.
El tiempo para cada una de las partes antes mencionadas se calcula de manera individual y
luego se suma para obtener el tiempo total:
T evac = (T det + T resp + T desp)
Donde:
T evac: tiempo de evacuación
T det: tiempo de detección
T resp: tiempo de pre-movimiento (respuesta de los usuarios).
T desp: tiempo de desplazamiento
2.2.2
Hipótesis asumidas
Tras determinar algunas condiciones de diseño (arquitectónicas y prescriptivas) hay ciertos
aspectos adicionales (hipótesis asumidas) que han sido consideradas como punto de partida
para este estudio y que deberán ser aseguradas para satisfacer los resultados obtenidos.
Pre-movimiento:
- Se dispone de un sistema de alarma que da mensajes pregrabados de evacuación por
megafonía.
- Se dispone de un sistema de gestión de alto nivel, bien desarrollado y bien implementado.
Movimiento:
- Se asume una evacuación simultánea del edificio en caso de alarma, es decir todas las
personas comienzan la evacuación en el mismo instante.
- El movimiento en conjunto de los ocupantes no se verá alterado por acciones individuales de
los ocupantes. A su vez tampoco se considerará la posible interrupción en la evacuación
provocada por personas con discapacidad
- El tiempo de movimiento puede estar muy influido por las condiciones ambientales de los
recorridos de evacuación en caso de incendio, tales como efecto del humo en la visibilidad,
toxicidad, etc.; pero estos efectos no se tienen en cuenta en este estudio ya que el objetivo del
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análisis es obtener el tiempo de evacuación en condiciones sostenibles para los ocupantes en
caso de incendio.
2.3
Análisis del comportamiento del fuego
Hay una variedad de modelos disponibles para la predicción del desarrollo de un incendio. En
este proyecto, para llegar a establecer un correcto análisis del comportamiento del fuego,
llevaremos a cabo dos tipos de enfoques:
- Aplicación de modelos algebraicos
- Aplicación de modelos de zona
2.3.1
Modelos algebraicos
Los modelos algebraicos a menudo son el primer método utilizado a la hora de llevar a cabo un
análisis sobre el comportamiento de un incendio.
Las ecuaciones y fórmulas que en ellos se utilizan han sido desarrolladas con el claro objetivo de
estimar y predecir el comportamiento de aspectos tales como la altura de la llama, tasa de
liberación de calor, velocidad del penacho, temperatura de la capa de humos y profundidad,
radiación emitida y otros.
Los modelos algebraicos emplean ecuaciones que se han desarrollado o bien empíricamente,
mediante la observación de los datos obtenidos a partir de pruebas realizadas, o
matemáticamente mediante cálculos de las propiedades físicas.
El aspecto positivo de los modelos algebraicos reside en que pueden ofrecernos una respuesta
inmediata a cuestiones planteadas en materia de dinámica de fuegos sencillos y que los
resultados de las ecuaciones aplicadas están basadas directamente en trabajos y experimentos
realizados para obtener esos fundamentos físicos. El inconveniente es que, a menudo, estas
fórmulas están diseñadas para utilizarse en escenarios muy específicos y que solamente aportan
información de una única característica, en lugar de mostrarnos una representación más
detallada del incendio en su conjunto.
La capacidad de predicción de estos modelos será más fiable cuanto más se acerquen las
condiciones reales del incendio a las condiciones existentes al realizar las pruebas de donde se
obtuvieron las ecuaciones aplicadas. Cuanto más grandes sean esas diferencias entre el
escenario a analizar y la prueba realizada menos confianza tendremos en el valor obtenido.
Incluso cuando los modelos algebraicos no son el método elegido a la hora de realizar el
análisis, son útiles para estimar y comprobar los resultados obtenidos al aplicar sistemas más
complicados de dinámica de incendios. Aunque los resultados obtenidos no coincidan
exactamente con los aportados por modelos de zona o modelos de dinámica de fluidos, a
menudo son valores similares y del mismo orden de magnitud. Si los resultados obtenidos
mediante el modelo algebraico y cualquier otro modelo fueran significativamente diferentes de
debe llevar a cabo un análisis adicional para determinar la causa de estas diferencias y saber si
se debe a un error del propio análisis, para poder corregirlo.
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En el proyecto que estamos tratando las ecuaciones y fórmulas utilizadas han sido obtenidas, en
su mayoría, de documentos ampliamente conocidos como:
- SFPE Handbook of Fire Protection Engineering [SFPE10]
- PD 7974-2:2002 [PD7974]
- Enclosure Fire Dynamics - P. Karlsson, J. Quintiere (2000) [EFD00]
- CIBSE TM19:1995 [TM19]
En el caso del penacho de derrame se ha optado optado por aplicar los resultados obtenidos por
Harrison en su último trabajo Smoke management issues in buildings with large enclosed spaces
[HARR06]. Se ha elegido esta opción debido a que es un aspecto novedoso y plantea una serie
de mejoras frente a los anteriores trabajos relacionados con la dinámica de incendios en atrios.
Todas las ecuaciones y fórmulas usadas en este proyecto aparecen reflejadas en el Apéndice
B.
2.3.2
Modelos de zonas
Cuando las fórmulas y ecuaciones algebraicas no nos aportan el suficiente detalle o exactitud
para determinar el fuego que nos interesa se hace necesario recurrir a modelos más avanzados
como son los modelos de zona.
Los modelos de zona trabajan aplicando el criterio de que un espacio puede ser dividido en
pequeños volúmenes, o zonas, sobre las cuales se aplicarán una serie de fórmulas y ecuaciones
algebraicas que determinarán las propiedades del incendio.
En el modelado de incendios generalmente se consideran dos o tres zonas. Entre estas tres
zonas encontramos la zona inferior, la zona superior y, en ocasiones, una zona que se usa para
representar el penacho de humo existente. La temperatura, velocidad y otras propiedades se
consideran uniformes dentro de esas zonas; el seguimiento del intercambio de masas, energía,
momentos y entalpía entre las zonas se realiza a través de las ecuaciones que han sido
adaptadas para la zona de estudio.
El enfoque de un modelo de dos zonas se basa en el fenómeno de que los gases calientes se
situarán en la parte alta del compartimento mientras que una capa relativamente más fría estará
presente bajo esta.
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Figura 21: Esquema de modelo de dos zonas
Aunque los resultados obtenidos mediante trabajos experimentales indican que en realidad hay
variaciones en las condiciones a lo largo de esas zonas, se ha observado que son más
pequeñas que las diferencias entre las capas, lo que permite que se lleven a cabo simulaciones
realistas de muchas condiciones de incendio utilizando estos modelos zonales. Por lo tanto, los
modelos de zona se emplean a menudo con el fin de analizar las propiedades asociadas al
transporte de humo y los gases calientes desde el compartimento donde se origina el incendio a
otras partes del edificio. Los resultados obtenidos a través de la aplicación de un modelo zonal
dependen de las características del incendio establecidas por el usuario.
Gracias a los avances en la informática ahora es posible calcular modelos zonales en los que
existen varios tipos distintos de escenarios de incendios en tan solo unos pocos segundos o
minutos. Esto permite a los ingenieros obtener la información aportada por los modelos
algebraicos a la vez que se observa como una amplia gama de factores pueden afectar al
desarrollo del incendio.
Los inconvenientes de los modelos zonales aparecen cuando las hipótesis realizadas no son
exactas y es difícil (por no decir imposible) modelar espacios con geometrías complejas. A su
vez los resultados son aproximados y la simplicidad física y computacional de estos métodos
tiene como contrapartida la necesidad de conocer determinados datos como el flujo en las
aberturas y los modelos de combustión. De igual manera, algunos supuestos de modelos de
zona, como el movimiento de los gases hacia al techo, pueden no ser reales en escenarios con
grandes alturas al no tener en cuenta la estratificación de humos.
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Figura 22: Detalle estratificación de humos en atrio
Algunos modelos de zona poseen a su vez sub-modelos adicionales para simular fenómenos
específicos que no son inherentes a la zona de estudio. Un caso claro son los modelos de zona
que simulan los detectores o la actuación de los rociadores. Estos pueden calcular la velocidad y
la temperatura en el interior de una habitación, pero asumen una velocidad, en el exterior de la
sala, debido al humo que sale por la puerta.
El programa basado en un modelo de zonas utilizado en el proyecto que tratamos es el
programa BRANZFIRE [BRAN96].
BRANZFIRE [BRAN96] es un modelo multizonal que ha estado en desarrollo desde 1996 por
Branz; empresa neozelandesa especialista en proporcionar recursos en forma de investigación,
pruebas, asesoramiento e información independiente e imparcial para la industria de la
construcción. Este software es usado comúnmente por empresas de ingeniería de incendios en
Nueva Zelanda. El modelo incluye rutinas de propagación de llamas, activación de
rociadores/detectores, extracción mecánica, evaluación plausibilidad, rotura de cristales e
incendios con restricción de oxígeno.
Figura 23: Vista interfaz BRANZFIRE
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BRANZFIRE nos permite, tras una simple introducción de los datos de la sala (dimensiones,
aperturas, temperatura ambiente, humedad, materiales, etc) y seleccionar el fuego de diseño (de
unos prestablecidos o caracterizado por el usuario), obtener los valores de salida seleccionados
(HRR, Concentración de CO, altura de capa de humos, etc) en forma de gráficas y tablas
numéricas para poder ser analizados.
2.3.3
Dinámica de incendios
La dinámica de incendios es el estudio de los diversos factores que influyen en el desarrollo y
comportamiento de un incendio.
Para que un incendio se desarrolle y evolucione más allá del material donde se inicia, el
calor liberado por el proceso de combustión debe ser transmitido más allá de dicho material
hacia fuentes de combustible adicionales. En la primera etapa de un incendio, el calor aumenta y
genera un penacho de gases calientes.
Cuando un incendio transcurre en un espacio abierto (en el exterior o en un gran edificio), el
penacho de gases crece sin ningún impedimento, y se alimenta de aire en la medida que crece
mientras que, el crecimiento y desarrollo de un incendio de interior está controlado
principalmente por la disponibilidad de combustible y de oxígeno.
La transferencia de calor determina la ignición, el incendio y la extinción de los materiales
combustibles en la mayoría de los incendios. Normalmente se reconocen tres formas o
mecanismos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación.
La temperatura en el recinto durante el periodo de crecimiento del incendio depende de la
cantidad del calor por conducción en el techo y paredes del recinto así como del flujo calórico
procedente de los gases que se sitúan en la parte superior, la ubicación del foco del incendio
inicial y de la cantidad de aire que entra.
Una de las manifestaciones que caracterizan al incendio, además de la temperatura y la
radiación, y que afectan en gran medida tanto a la salud humana como a su comportamiento en
caso de emergencia, es el humo que origina. Salvo pequeñas excepciones todos los incendios
ocasionan humos, y la combinación de los efectos del oscurecimiento y la toxicidad producida
por los humos ocasiona un serio peligro para la vida de las personas en caso de un incendio en
un edificio.
El apartado donde se desarrolla toda esta teoría así como las fórmulas asociadas se encuentra
en el Apéndice B.
2.4
Análisis del tiempo de activación de rociadores
En la mayoría de los casos un incendio implica la evacuación de los usuarios.
En este punto el principio básico es conseguir que el tiempo disponible para la evacuación
(ASET) sea superior al tiempo necesario para evacuar a los ocupantes (RSET) con un margen
de seguridad amplio. Este margen se seguridad debe tener en cuenta los riesgos asociados al
incendio y las incertidumbres vinculadas a las estimaciones de estos tiempos, ASET y RSET.
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Inevitablemente se darán escenarios de incendio en los cuales algunos ocupantes se verán
afectados por el incendio, en particular cuando los usuarios se encuentran en el mismo recinto
que el fuego, por lo que es de vital importancia poder reducir al máximo el tiempo de detección
del incendio, que es uno de los componentes del tiempo RSET.
El tiempo de detección es el tiempo necesario para la percepción de la existencia del incendio
por medios automáticos o por detección visual, es decir, es tiempo que transcurre desde que se
genera el conato de incendio hasta que se da una alarma.
Los sistemas instalados en el edificio capaces de detectar un incendio son 2:
- Sistema de detección automática
- Sistema de extinción automática mediante agua nebulizada/rociadores.
El funcionamiento detallado de estos sistemas se explica en el Apéndice A.
Todos los sistemas de detección existentes, a pesar de sus diferentes tecnologías, se basan en
un mismo concepto: el RTI (Response Time Index) o ITR (Indice de Tiempo de Respuesta). El
RTI considera la capacidad del detector/rociador para absorber el calor y la capacidad del medio
ambiente para proporcionarlo. Nos indica la sensibilidad del equipo, es una medida de la rapidez
con que alcanza su temperatura de activación. Bajos valores de RTI indican tiempos de
activación más cortos y viceversa.
En nuestro proyecto, para posicionarnos en el lado de la seguridad, analizaremos el tiempo de
activación del sistema de extinción automática mediante agua nebulizada/rociadores debido a
que su RTI es mayor que el de los sistemas de detección automática y, por lo tanto, tardará más
en detectar un conato de incendio.
Todas las fórmulas y ecuaciones asociadas a la obtención del tiempo de respuesta, y por
consiguiente del tiempo de detección del incendio, vienen expuestas y explicadas en el
Apéndice B pero cabe decir que este tiempo de respuesta varía en función de dos factores que
no dependen de las características propias del incendio, sino de la posición relativa del elemento
sensor a foco, tanto vertical como horizontalmente.
A continuación se describirán los procedimientos para calcular la respuesta térmica de un
rociador situado en un techo cuya área es lo suficientemente grande como para descuidar los
efectos del desarrollo de la capa de humo.
Las correlaciones que aparecen para la temperatura y velocidad del humo cuando se desplaza
por el techo fueron desarrolladas por Alpert [ARL72], mientras que la teoría y documentación que
muestra la activación de los rociadores es debida a los trabajos de Evans [EVAN85]. Los
resultados obtenidos de aplicar estas ecuaciones predicen el tiempo de activación del sensor, en
nuestro caso, un rociador.
La expresión para determinar el tiempo de activación del elemento sensor es la siguiente:
Figura 24: Expresión para determinar el tiempo de activación
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Siendo:
- Tjet,t-∆t: temperatura del chorro en el instante t +∆t (K).
- TD,t: temperatura del detector en el instante t (K).
- τ: factor tau.
El factor tau es la medida de tiempo (en segundos) que es requerida para que elemento sensible
eleve tu temperatura al ser introducido en la corriente de aire caliente.
Las correlaciones desarrolladas por Alpert (Tjet y ʋjet,t) [ARL72] determinan la temperatura y
velocidad de la masa de humo respectivamente que se desplaza a lo largo del techo y entra en
contacto con el elemento sensor. Ambas correlaciones poseen dos expresiones distintas en
función de la relación distancia horizontal/vertical (r/z) del elemento sensor con el eje central del
incendio.
Figura 25: Expresiones para determinar la velocidad y temperatura del chorro
Estimados estos valores solamente queda por obtener el valor del factor tau. Como se comentó
anteriormente es una medida de tiempo, y viene definida por la expresión:
Figura 26: Expresión para determinar el factor tau
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Siendo el RTI el Response Time Index o Indice de Tiempo de Respuesta comentado
anteriormente.
Para llevar a cabo el cálculo del tiempo de activación de los rociadores se han recopilado todas
estas fórmulas y ecuaciones y se ha desarrollado un sistema para predecir/estimar el tiempo de
detección del elemento sensor. El sistema del que hablamos se compone de una hoja de cálculo
a partir de la cual, tras introducir una serie de parámetros de entrada, determina el valor del
tiempo de activación del elemento sensor y genera un gráfico en el que relaciona el tiempo con
la tasa de crecimiento del fuego (Q), mostrando a simple vista una vista general de las
dimensiones del fuego, instante de activación del elemento sensor y, en nuestro caso, como el
sistema de extinción automática controla el incendio (cesando este su crecimiento).
Los datos de entrada son los siguientes:
- RTI
-α
- Temperatura de activación (º C)
- Temperatura ambiente (º C)
- Altura de la habitación (m)
- Distancia vertical del elemento sensor al eje del incendio (m)
Siendo α el factor que nos indica el crecimiento del fuego (ultra-rápido, rápido, medio y bajo).
Una vez introducidos los datos de entrada se obtiene automáticamente el resultado del tiempo
de activación del elemento sensor así como el tamaño del incendio en ese instante. El tamaño
del incendio viene determinado por la siguiente expresión:
Figura 27: Expresión para determinar el tamaño del incendio en fuegos cuadráticos
Esta expresión nos muestra cómo se desarrolla el incendio en su fase de crecimiento, en este
caso es lo que se denomina un fuego de crecimiento cuadrático.
En la mayoría de los fuegos el desarrollo en los momentos iniciales suele ser siempre muy
rápido. La elección de la velocidad de crecimiento (la elección del factor α) depende en su
mayoría del conocimiento que tengamos del tipo de edificio (o lugar donde se da el incendio) y
de los materiales involucrados. Si los materiales son conocidos se puede determinar el valor de α
gracias a los trabajos experimentales realizados en distintos gran variedad de ellos, pero, en la
mayoría de los casos, esto no es así, por lo que el ingeniero debe basarse en las
recomendaciones que existen para el valor del factor α en función del tipo de edificio existente.
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Figura 28: Fases del incendio y evolución
Figura 29: Tasas de crecimiento del fuego en función del uso
En el trabajo que realizamos adoptamos la segunda vía, nos hemos basado en las
recomendaciones existentes en función del tipo de edificio para poder determinar el factor α.
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Según la velocidad de crecimiento que adoptemos la gráfica resultante será de una manera u
otra tal y como puede observarse en el siguiente gráfico:
Figura 30: Curvas de crecimiento del fuego
Figura 31: Valores de α en función del tipo de crecimiento
Lo que nos indica que la velocidad de crecimiento de un fuego en los momentos iniciales es un
factor clave para poder determinar la evolución del mismo y el tiempo que tardará en alcanzar un
tamaño determinado (valor que es necesario conocer para poder controlar, suprimir o extinguir
un incendio).
Establecida la relación entre el factor α y las dimensiones del incendio pasamos a explicar el
sistema que hemos diseñado y predice/estima el tiempo de respuesta del elemento sensor.
El interfaz principal viene definido por un apartado de entrada de datos (resaltado en color
amarillo), unas casillas de resultados (resaltadas en color azul y donde obtendremos los valores
de tiempo de activación y tamaño del incendio) y un gráfico donde se mostrará la evolución del
incendio en función del tiempo hasta el momento de la activación del elemento sensor.
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Figura 32: Detalle vista general sistema de predicción/estimación de tiempo de detección.
Al introducir los parámetros de entrada el sistema automáticamente genera una salida de
resultados así como el gráfico asociado.
Figura 33: Detalle parrilla de entrada de datos.
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Figura 34: Detalle parrilla de resultados.
Figura 35: Detalle gráfica cuadrática de crecimiento y control del fuego
Además de los datos de tiempo de activación de los rociadores y tamaño del incendio la tabla
nos proporciona también los datos de velocidad y temperatura de la capa de humos que se
mueve por el techo en el momento de la activación del elemento sensor y en el lugar donde está
ubicado.
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Figura 36: Detalle datos de temperatura y velocidad en tabla de cálculo
Una vez determinado el tiempo de activación de los rociadores se podrá determinar el tiempo
necesario para la evacuación RSET y compararlo con el tiempo disponible ASET, definido por
las características intrínsecas del incendio (tasa de producción de humos, temperatura, etc) y los
criterios de eficacia que consideremos para que las condiciones de evacuación sean lo
suficientemente seguras.
2.5
Criterios de eficacia
El análisis que se va a llevar a cabo tiene como fin principal determinar el tiempo que se tarda,
en los distintos escenarios, en alcanzar unas condiciones tales que no sean aceptables para una
evacuación segura de los ocupantes (ASET). Por consiguiente el análisis de los resultados se
centra en la temperatura y la visibilidad. Se han usado estos dos factores para ver el impacto que
causan el fuego y el humo en los ocupantes durante la evacuación. Los criterios de eficacia que
permiten que las condiciones de evacuación sean seguras se muestran a continuación:
- Exposición cero: cuando consideramos un diseño en el que la capa de humo existente en la vía
de escape se encuentra a 2,5 m por encima del suelo y la temperatura máxima de la capa no
supera los 200º C. Los ocupantes no están en contacto en ningún momento con la capa de
humos y la temperatura emitida por la capa de humos se considera tolerable.
- Capacidad/disposición de moverse a través del humo: en situaciones donde el humo desciende
por debajo de los límites de seguridad establecidos algunos ocupantes pueden decidir continuar
moviéndose a través de éste pero también pueden volver atrás en función de la situación en que
se encuentren.
La capacidad para escapar a través del humo depende de los efectos que tienen la irritación y el
oscurecimiento de la capa de humo sobre la agudeza visual de los ocupantes. Basándonos en
este punto se ha considerado como criterio de eficacia una visibilidad de 10m para recintos
amplios y de 5 m para espacios pequeños o domésticos.
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- Efectos del humo sobre la velocidad de desplazamiento: la exposición al humo también afecta a
los cálculos del tiempo disponible de evacuación porque la velocidad a la que se desplazan los
ocupantes está relacionada con la densidad del humo y su irritabilidad.
Estos límites están destinados a permitir un escape seguro de la mayoría de los ocupantes del
edificio. Además de los criterios de irritabilidad y densidad del humo también son importantes el
carácter duradero de los gases tóxicos y el calor.
- Exposición al fuego y al calor: en lo que respecta a las llamas, un criterio importante es el
aspecto visual de incendio (área de la llama y la altura) y su posición en relación a la ubicación
de los ocupantes y las posibles vías de escape.
La exposición a una radiación térmica puede ocurrir cuando los ocupantes deben pasar cerca de
un incendio o bajo una zona incendiada o muy caliente.
El límite de tolerancia de exposición al calor y al fuego se considera a nivel de la piel y sin
protección. Este límite se sitúa en un flujo de calor umbral de aproximadamente 2,5 kW/m2. Por
debajo de este nivel, la exposición se puede tolerar durante varios minutos y, a mayor flujo de
calor, el tiempo de tolerancia disminuye rápidamente. El dolor severo se produce cuando la
"dosis de exposición" de calor radiante es de aproximadamente (80 a 100 kW/m2) 1,33 s.
Para el calor por convección, las consideraciones principales son dolor en la piel y quemaduras a
temperaturas superiores a aproximadamente 12° C y la hipertermia a temperaturas más bajas.
Las quemaduras en las vías respiratorias pueden aparecer tras inhalar aire con una temperatura
superior a 60º C cuando está saturado con vapor de agua (como puede ocurrir cuando se usa
agua para la extinción de incendios).
- Gases tóxicos: consisten en una mezcla de sustancias irritantes y asfixiantes. Estas sustancias
afectan a los ocupantes reduciendo su velocidad de movimiento y, por consiguiente, su eficiencia
de escape.
Estas sustancias tienen la propiedad de que, a bajas concentraciones, producen efectos
dolorosos y debilitantes en los ojos y vías respiratorias (garganta, nariz y pulmones).
La toxicidad dependerá de la composición del combustible y las condiciones de la combustión.
Los principales gases asociados a la incapacidad y la muerte en los incendios son el monóxido
de carbono, el cianuro de hidrógeno y el dióxido de carbono.
Estos gases no tienen un efecto inmediato sobre los ocupantes, pero a medida que se van
inhalando en el transcurso del incendio comienzan a producir problemas, confusión e
incapacidad, seguido del colapso y pérdida de conciencia. Si el sujeto queda incapacitado y no
es rescatado inmediatamente se puede producir la muerte en pocos minutos.
Una vez descritos los factores que influyen sobre la evacuación de los ocupantes se pueden
determinar los límites para cada uno de ellos:
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CRITERIO
VALOR
OBSERVACIÓN
Altura de capa libre
Humo por
de humos en rutas de
encima de
evacuación
los
Temperatura de la
ocupantes
capa de humos en
UNE 23585: 2004
2,5 m
PD 7974-6
UNE 23585: 2004
200º C
PD 7974-6
rutas de evacuación
2
Calor emitido
(radiación)
< 2,5 KW/m
Tiempo de exposición > 5 min.
2,5 KW/ m2
Tiempo de exposición 30 seg.
10 KW/ m2
Tiempo de exposición 4 seg.
< 60º C (100% saturación)
100º C (< 10% saturación)
Calor emitido
(convección)
120º C (< 10% saturación)
150º C (< 10% saturación)
Ocupantes
a través del
180º C (< 10% saturación)
humo
Tiempo de exposición > 30
min.
Tiempo de exposición 8 min.
Tiempo de exposición 4 min.
Tiempo de exposición 2 min.
Tiempo de exposición 1 min.
≥ 10 m
En recintos amplios
≥5m
En recintos pequeños
Visibilidad
Máxima concentración de
CATEGORÍA
CO (ppm para evitar
OBSERVACIÓN
asfixia)
Combustible
800
Exposición de 5 min.
(> 2% Nitrógeno)
125
Exposición de 30 min.
Combustible
1200
Exposición de 5 min.
(< 2% Nitrógeno)
275
Exposición de 30 min.
Tabla 1: Criterios de eficacia
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3
Escenarios de incendio
3.1
Introducción
En cuanto a la definición de los escenarios de incendio se refiere, es esencial identificar y
recopilar toda la información posible con el fin de descubrir las posibilidades de que comience un
incendio, las causas del mismo y su propagación. Hay que obtener también información relativa
a la posibilidad de que los ocupantes resulten heridos y a que los contenidos y estructuras de los
edificios resulten dañados.
Se define un escenario de incendio como:
“Una descripción cualitativa del desarrollo del incendio con sucesos marcados en el curso del
tiempo que caracterizan al fuego y lo diferencian de otros escenarios. Esta descripción
comprende la ignición, la fase de crecimiento, el periodo de máximo desarrollo y la fase de
decrecimiento así como los sistemas y las propiedades del entorno que tienen influencia en el
desarrollo del incendio. La identificación de potenciales escenarios de incendio es un paso
importante si se va a desarrollar un análisis determinista o probabilístico.
Es por eso que, para cada escenario, se deben definir tres aspectos clave:
1. Características del fuego
2. Características del edificio
3. Características de los ocupantes
Figura 37: Factores que definen el escenario de incendio e interacción
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Características del fuego
Para poder caracterizar el fuego debemos disponer de información relativa a los siguientes
puntos:
1. Naturaleza de los combustibles.
2. Disposición geométrica del combustible.
3. Geometría del recinto.
4. Características de los combustibles.
5. Ventilación.
6. Condiciones externas.
7. Sistemas de protección activa existentes.
Las características del tipo de combustible (cantidad, tipo, temperatura de ignición) y las
condiciones de ventilación (características geométricas del recinto) son esenciales para
determinar la velocidad de liberación de calor durante el incendio. Estos puntos representan la
"tarjeta de identidad" del fuego y son los elementos necesarios para determinar la tasa de
producción de humo y los parámetros de entrada que utilizaremos en el software de simulación
de incendios.
Características del edificio
Para definir las características del edificio se han considerado los siguientes aspectos:
1. Características arquitectónicas.
2. Sistemas de protección activa existentes.
3. Tiempo de respuesta de los equipos de emergencia contra incendios existentes.
4. Condiciones externas.
5. Presencia de ventilación natural y/o mecánica.
Estos puntos son de vital importancia debido a que influyen en la evacuación de los ocupantes,
el crecimiento y desarrollo del incendio así como en el movimiento y la difusión del combustible.
Características de los ocupantes
Se han definido las características de los ocupantes con el fin de determinar su capacidad de
respuesta en caso de evacuación.
Los puntos considerados han sido los siguientes:
1. Número de ocupantes.
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2. Distribución en el edificio.
3. Estado de alerta.
4. Propósito específico (hospitales, prisiones, etc).
5. Capacidad y condiciones física, sensorial y mental.
6. Familiaridad.
Todos estos puntos serán de vital importancia para determinar el tiempo disponible para la
evacuación en condiciones seguras (ASET).
El procedimiento para establecer el tiempo de ASET está muy bien definido y es necesario tener
un conocimiento avanzado de las propiedades químicas y físicas de las sustancias presentes en
el incendio. Este conocimiento nos permitirá estimar y analizar los datos proporcionados por el
software utilizado en la simulación, especialmente en el caso de sustancias tóxicas.
A continuación se pasa a describir el proceso seguido para determinar los escenarios de
incendio que se someterán al posterior análisis y donde deberá cumplirse el siguiente objetivo:
- Evacuación de los ocupantes.
3.2
Hipótesis asumidas
A continuación de muestran las hipótesis asumidas en la descripción de los escenarios de
incendio de cálculo utilizados.
3.2.1
Origen del incendio
Se han asumido las siguientes hipótesis:
- Se ha considerado que los fuegos serán accidentales y producidos por los riesgos propios del
recinto de incendio.
- Se ha considerado un único foco de incendio en el sector.
- Para definir las curvas de incendio no se han considerado acelerantes de la combustión que no
esté presentes de manera natural en los recintos analizados.
- Se ha considerado que los sistemas activos de protección contra incendios funcionarán
perfectamente (sistema de detección, agua nebulizada, rociadores y señalización de
emergencia).
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3.2.2
Ubicación de la carga combustible
Se ha considerado que las zonas de carga combustible serán las oficinas, cuartos técnicos y de
instalaciones, atrio y garajes.
Se ha considerado que en las zonas comunes de paso habitual no se colocarán cargas
combustibles significativas.
La zona de atrio puede llegar a definirse como zona de paso habitual, pero se ha considerado la
existencia de stands o expositores de información así como de mobiliario para espera de los
usuarios, con lo que se considera una zona donde hay una carga combustible importante.
3.2.3
Tamaño de los incendios: factores intervinientes
Las buenas prácticas en ingeniería de seguridad contra incendios no consideran que en la
extensión del incendio se tenga en cuenta la intervención humana para apagar el fuego. Se ha
despreciado por tanto la posibilidad de que la intervención del personal del edificio (empleados,
seguridad, etc.) o menos aun, la de los bomberos, limite la extensión de los fuegos utilizados en
el análisis.
Se puede asumir por tanto que la extensión máxima de incendio será la debida a:
- La propagación del incendio al total de la carga combustible existente.
- La actuación de un sistema de extinción automático
En el análisis realizado se ha considerado que, en las oficinas, el sistema de extinción mediante
agua nebulizada se activará y limitará la propagación del incendio. En el caso del atrio no será
así, extendiéndose el incendio a toda la carga combustible existente.
3.2.4
Actuación del sistema de detección
En la actuación del sistema automático de detección de incendios se ha despreciado la
intervención humana en la detección del incendio, aún y cuando el recinto dispone de puntos
manuales de alarma según se establece en la normativa.
Se ha asumido que todas las dependencias dispondrán de detectores de humo y estarán en
perfecto estado de funcionamiento.
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3.3
Escenarios de incendio de diseño
Se han identificado una serie de escenarios de incendio escogiéndolos en base a su severidad.
3.3.1
Escenario 1: Incendio en oficina
La ubicación de este escenario se localiza en una planta tipo de oficina que existe en el edificio y
que se localizan desde la planta 1ª (cota +7,36) hasta la planta 11ª (cota +4,86).
Las oficinas son completamente diáfanas y en su interior encontramos mobiliario adecuado al
uso (mesas, sillas, armarios archivadores, etc) así como equipos electrónicos como
ordenadores, faxes e impresoras.
Figura 38: Escenario de incendio 1: Oficina
Este escenario de incendio estará caracterizado por un penacho de tipo axisimétrico tal y como
se explica en el Apéndice B.
En este caso se ha determinado la generación máxima de calor por unidad de superficie
siguiendo las recomendaciones del CIBSE TM19:1995 [TM19] y comparando los resultados con
los obtenidos considerando la activación del sistema de agua nebulizada existente y su acción
de control sobre el fuego.
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Figura 39: Tasa de liberación de calor para oficinas
Como se puede observar en los planos hay islas de trabajo de aproximadamente 4m² y se ha
asumido de manera conservadora que dos de ellas puedan arder al mismo tiempo.
La tasa máxima de calor obtenida quedaría definida por tanto por los siguientes parámetros:
Velocidad de crecimiento
Rápida
Generación máxima de calor por unidad de superficie
250 kW/m2
8 m2
Superficie máxima de incendio
Liberación máxima de calor
2000 kW
Tabla 2: Datos de entrada escenario 1
El tiempo de detección, o tiempo de activación del sistema de extinción, se ha determinado
mediante el procedimiento desarrollado en el apartado 4.3 - Cálculo del tiempo de evacuación –
Escenario 1 - de este estudio.
Analizando la activación del sistema de extinción se observa que el sistema se activa alrededor
de los 127 segundos, lo que genera una curva de liberación de calor bastante inferior a la
obtenida usando el CIBSE (2.000 kW a los 206 segundos).
Utilizaremos por tanto la curva generada por la activación del sistema de extinción considerando
una condición de régimen estacionario una vez que se alcance el pico de HRR (~ 768 kW),
además, para posicionarnos en el lado de la seguridad, aplicaremos un coeficiente de seguridad
de un 30% (1.000 kW).
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La curva de ensayo construida con estos criterios quedaría como sigue:
Figura 40: Curva de cálculo propuesta para incendio en oficina
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3.3.2
Escenario 2a: Incendio en atrio – spill plume
El escenario considerado en el atrio es un incendio debajo de la planta acceso que va a generar
un penacho de derrame considerable hacia el atrio.
Figura 41: Escenario de incendio 2a: Atrio – spill plume
Teniendo en cuenta que el uso del edificio es administrativo y que existen zonas de oficinas en
toda su superficie (y siendo la altura de las plantas las mismas que en el resto de oficinas) se
considera que el fuego de cálculo considerado en el caso anterior también es aplicable a este
otro escenario.
Velocidad de crecimiento
Rápida
Generación máxima de calor por unidad de superficie
250 kW/m2
8 m2
Superficie máxima de incendio
Liberación máxima de calor
2000 kW
Tabla 3: Datos de entrada escenario 2a
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3.3.3
Escenario 2b: Incendio en atrio – axi-symmetric plume
Este escenario se localiza exclusivamente en la zona abierta del atrio que comunica las tres
plantas que lo componen.
Figura 42: Escenario de incendio 2b: Atrio – axi-symmetric plume
En este segundo escenario de incendio localizado en el atrio se ha considerado la existencia de
stands o expositores de información así como de mobiliario para espera de los usuarios. Para
adoptar una postura conservadora consideraremos la existencia de una zona de descanso
donde se ubica un sofá.
Los datos de velocidad de crecimiento del fuego y generación máxima de calor para el sofá que
hemos considerado se pueden ver en la siguiente figura:
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Figura 43: Curva de crecimiento sofá.
Estos datos se han recopilado de los resultados obtenidos por el NIST (National Institute of
Standards and Technology) [NIST] en trabajos experimentales desarrollados en sofás. El pico de
HRR liberado se produce a los 390 segundos, alcanzando un valor de casi 3.500 kW (3.463 kW).
Posicionándonos en un punto de vista conservativo adoptaremos un HRR de 4.000 kW.
Al igual que el escenario 1, este escenario de incendio estará caracterizado por un penacho de
tipo axisimétrico tal y como se explica en el Apéndice B.
En este caso el sistema de extinción automática mediante agua nebulizada no se activa debido a
que la zona abierta del atrio no está protegida por dicho sistema. La notificación de la alarma se
deberá a la activación del sistema de detección automática instalado en la parte alta del mismo.
El escenario de incendio quedaría definido por tanto por los siguientes parámetros:
Velocidad de crecimiento
Rápida
Generación máxima de calor
4.000 kW
Tabla 4: Datos de entrada escenario 2b
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4
Determinación de RSET
4.1
Introducción
En este apartado llevaremos a cabo la justificación del cálculo del tiempo de evacuación para
cada uno de los escenarios establecidos. Este periodo se define como RSET (“Required Safe
Evacuation Time”).
Para el cálculo de este estudio se ha empleado la siguiente expresión que será desarrollada
posteriormente:
T evacuación = (Tdetección + Talarma + Tpremovimiento + Tmovimiento)
Figura 44: Componentes tiempo evacuación (RSET)
4.2
Hipótesis asumidas
Las hipótesis asumidas para la determinación del tiempo de evacuación necesario se muestran a
continuación:
- Se dispone de sistema de detección en todo el edificio, tanto un sistema de detección
automática mediante detectores ópticos de humos como un sistema de extinción automática
mediante agua nebulizada dotado con boquillas equipadas con ampollas termosensibles.
- Se asume que el sistema de detección automática disparará la alarma de todo el edificio, pero,
para posicionarnos en el lado de la seguridad, consideraremos que será el sistema de extinción
automática quien lleve a cabo esta acción y que la evacuación no se producirá hasta que este
sistema se active y se de la señal de alarma.
- No se ha considerado el tiempo de detección manual por la incertidumbre que significa
descansar una estrategia de seguridad ante incendio en el comportamiento de las primeras
personas que detecten visualmente el incendio.
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- Para determinar el tiempo de evacuación se ha seguido la normativa PD7974-6:2004 [PD7974],
documento de referencia a nivel internacional que explica como influyen los comportamientos
humanos en la evacuación en caso de incendio. Esta normativa recomienda valores de tiempo
de premovimiento en función de las características del edificio, su nivel de detección y alarma y
su procedimiento de gestión de emergencias.
- Se asume que el recinto tiene un sistema de alarma por voz.
Aforo:
- Se asume un aforo total del edificio (en máxima ocupación) de 640 personas repartidas de la
siguiente manera:
* Plantas de oficinas: 400 personas
* Atrio: 120 personas
* Terraza: 80 personas
* Garajes y cuartos técnicos: 60 personas (10% del total)
- La asignación de ocupantes a las puertas es uniforme, dado que se asume una alta ocupación
uniforme en todo el recinto, es de esperar que las personas se distribuyan de la misma manera
en las salidas.
- No se asume hipótesis de bloqueo de las puertas. Esta hipótesis deberá haber sido
comprobada en el documento preceptivo de cumplimiento de exigencias normativas en materia
de seguridad ante incendio.
4.3
Metodología
Se ha calculado el tiempo necesario para la evacuación como la suma de dos términos:
- Tiempo anterior al movimiento: es la suma del tiempo necesario para la detección del incendio
(t detección), el tiempo necesario para el paso del estado de alerta al de alarma (t alerta), y el
tiempo de premovimiento (t premovimiento) o tiempo necesario para que los ocupantes sean
conscientes del incendio y se dispongan a evacuar.
- Tiempo de movimiento (t movimiento): tiempo invertido por los ocupantes en abandonar el
recinto a un lugar seguro.
Se ha calculado el T evacuación considerando la evacuación hasta que los ocupantes atraviesan
las puertas de salida del edificio y salen al espacio exterior seguro.
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4.3.1
Tiempo anterior al movimiento
En este apartado se describe como se han calculado los tiempos de detección y alerta y de premovimiento, cuya suma determina el Tiempo anterior al movimiento.
4.3.1.1
Tiempo de detección y alerta
Se ha estimado en este estudio el tiempo de detección como el tiempo en que se activan las
boquillas nebulizadoras correspondientes al sistema de extinción automática del edificio.
La determinación del tiempo de detección de la boquilla aparece reflejada en el apartado 2.4 Análisis del tiempo de activación de rociadores - de este estudio.
Aunque el edificio dispone de un sistema de detección analógico se ha asumido, de manera
conservadora, que el tiempo de detección vendrá determinado por el tiempo que tarde el
elemento sensor de la boquilla nebulizadora (ampolla termosensible) en romperse al
incrementarse la temperatura en ella por efecto del incendio.
Figura 45: Activación boquilla de agua nebulizada
No se considera el tiempo de alarma, o tiempo durante el cual los miembros del equipo de
intervención del edificio investigan la incidencia. Esto se debe a que en el momento que la
boquilla se dispare comenzará a salir agua a través de ella (activándose a la vez la alarma del
edificio), lo que hará que la gente pase a un estado de alerta hasta que analicen qué está
sucediendo realmente y reaccionen (tiempo de premovimiento).
En conclusión:
T detección + T alerta = T disparo boquilla
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4.3.1.2
Tiempo de premovimiento
Para determinar el tiempo de premovimiento se ha seguido la normativa anteriormente
comentada (PD7974-6:2004); en ella se dan criterios sobre como calcular el tiempo de
premovimiento en diferentes tipos de edificios. Este tiempo tiene en cuenta el tiempo necesario
para que las personas reconozcan la alarma e inicien la evacuación.
Los parámetros que intervienen en la definición del tiempo de premovimiento son:
- Categoría del edificio:
Figura 46: Categorías de edificios según PD7974-6
- Nivel de alarma (A1/ A2/ A3).
1. A1: detección automática/ una detección lanza automáticamente el sistema de alarma
2. A2: detección automática/ una detección inicia un periodo de alerta, una vez se produce
confirmación de incendio se lanza el sistema de alarma
3. A3: detección y alarma sólo en zonas locales o sin detección y alarma activada manualmente
- Complejidad del edificio (B1/B2/B3).
1. B1: recintos rectangulares/ planta sencilla con visibilidad amplia
2. B2: varias plantas con diseño sencillo
3. B3: edificio grande y complejo
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- Clasificación del sistema de gestión (M1/M2/M3, el nivel decrece de M1 a M3).
1. M1: el nivel de gestión es alto, se cuenta con trabajadores del centro o servicio de seguridad
(ocupantes habituales) que están adecuadamente entrenados, e incluso, para ciertos edificios.
2. M2: detección automática/ una detección inicia un periodo de alerta, una vez se produce
confirmación de incendio se lanza el sistema de alarma.
3. M3: detección y alarma sólo en zonas locales o sin detección y alarma activada manualmente.
4.3.2
Tiempo de movimiento
Se ha asumido que el tiempo de movimiento para que las personas abandonen el recinto será el
máximo entre:
- El tiempo de desplazamiento desde el punto más alejado hasta una puerta de salida. Se
asumen los datos aportados por los documentos PD7974-6 [PD7974] y SFPE Handbook 4th
Edition [SFPE10].
- El tiempo de cola en pasar por una puerta o escalera. Se asumen los datos aportados por los
documentos PD7974-6 [PD7974] y SFPE Handbook 4th Edition [SFPE10].
4.3.3
Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 1
- Tiempo de detección y alerta:
Utilizando el sistema desarrollado en el apartado 2.4 - Análisis del tiempo de activación de
rociadores - de este estudio y partiendo con los datos de entrada expuestos se ha obtenido el
siguiente resultado.
RTI
80
α
0,047
Td,activation
68
ºC
T∞
25
ºC
z
3
m
r
2
m
Figura 47: Detalle datos entrada
Activation time
127
s
Fire size
758,063
kW
Figura 48: Detalle datos de salida
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Debido a que a los 127 segundos la capa de humo generada en las oficinas (~1,80 m) supera los
criterios de eficacia establecidos para la evacuación segura de los ocupantes se ha decidido
establecer el siguiente criterio:
Al encontrarnos oficinas relativamente pequeñas (250 m2 aproximadamente) y completamente
diáfanas, se ha considerado que, en caso de suceder un incendio, serán las personas presentes
en la oficina las que detectarán la presencia del mismo, por lo que el tiempo que tarden en darse
cuenta de la situación será el que consideremos como el tiempo de detección (que en ningún
caso serán los más de 2 minutos (127 s) que tarda la boquilla nebulizadora en activarse).
Adoptaremos una postura conservadora al considerar que el tiempo que tardan las personas en
detectar el incendio y reaccionar (tiempo de detección + tiempo de premovimiento) es de 1
minuto (60 segundos), tiempo en el cual las condiciones de evacuación cumplen con los criterios
de eficacia establecidos.
Este tiempo de detección lo aplicaremos exclusivamente a las personas que estén ubicadas en
el mismo recinto que el incendio, por lo que la notificación de alarma para el resto del edificio
(127 segundos tras la ignición) sigue siendo válida para determinar el tiempo de detección y
alarma del resto del edificio.
- Tiempo de premovimiento:
Siguiendo la clasificación del edificio en función de su categoría, nivel de alarma, complejidad y
sistema de gestión se llega a la conclusión de que el edificio tiene las siguientes características
Categoría del edificio
A
Nivel de alarma
A1
Complejidad del edificio
B2
Sistema de gestión
M1
Figura 49: Categoría del edificio según [PD7974]
Para los valores definidos previamente, el tiempo de premovimiento de la primera persona que
evacua el recinto es de 30 segundos y de 1 minuto para el 99 percentil del aforo.
Como postura conservadora adoptaremos de manera general un valor de 1 minuto como tiempo
de premovimiento.
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Figura 50: Valores de tiempo de premovimiento según [PD7974]
Lógicamente este tiempo de premovimiento lo aplicaremos exclusivamente a las personas que
no se localicen en el mismo local que el incendio, es decir, al resto del edificio.
- Tiempo de movimiento:
Recorrido de evacuación: consideraremos el recorrido de evacuación desde las oficinas hasta la
llegada al vestíbulo de independencia, considerando éste un espacio suficientemente seguro
para los ocupantes hasta que accedan a las escaleras.
* Salida del recinto de oficinas:
Figura 51: Recorrido de evacuación en planta tipo oficinas
El recorrido más desfavorable dentro de la zona de oficinas se ha estimado en 18 m.
Siguiendo las indicaciones de la Tabla D.1 del documento PD7974-6 los flujos y velocidades
máximas son las siguientes:
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Figura 52: Valores de velocidad y flujo en rutas de evacuación según [PD7974]
La anchura de la puerta que comunica la zona de oficina con el vestíbulo tiene unas dimensiones
de 1,46 m, para calcular el ancho efectivo de la puerta es necesario aplicar los datos que
aparecen en la siguiente tabla:
Figura 53: Valores de capa límite según [PD7974]
Obteniendo un ancho efecto de 1,16 m tal y como se muestra en la figura:
Figura 54: Anchura efectiva de la escalera
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Conociendo la ocupación (40 personas), el flujo de paso a través de la puerta (1,30 p/m/s) y el
ancho efectivo de la misma podemos determinar el tiempo que tardarían las 40 personas en
atravesarla, siendo este tiempo de:
40 personas / (1,30 p/s/m x 1,16 m) = ~ 27 s.
* Vestíbulo:
Figura 55: Recorrido de evacuación en vestíbulo
El recorrido a través del vestíbulo de independencia es de 6 m.
Las puertas que delimitan el vestíbulo son idénticas, al igual que el flujo, por lo que el tiempo que
tarden en atravesarlas lo podemos obtener considerando la velocidad de desplazamiento de los
ocupantes.
* Escaleras:
Una vez los ocupantes han entrado en el recinto del vestíbulo (espacio seguro) procederemos a
determinar el tiempo que tardan en acceder al núcleo de escaleras.
La anchura de las escaleras es de 1 m, aplicando los criterios anteriormente comentada
obtenemos que la anchura efectiva de la escalera es de 0,70 m tal y como se muestra:
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Figura 56: Anchura efectiva en escalera
Conociendo la ocupación (40 personas), el flujo de paso a través de la escalera (1,09 p/m/s) y el
ancho efectivo de la misma podemos determinar el tiempo que tardarían las 40 personas en
entrar en la escalera, siendo este tiempo de:
40 personas / (1,09 p/s/m x 0,70 m) = ~ 52 s.
Teniendo en cuenta que el flujo de la escalera es el más desfavorable del recorrido de
evacuación el tiempo total que necesitarán los ocupantes para entrar en el recinto de la misma
sería:
Tiempo oficina: 18 m ÷ 1,19 m/s = 15 segundos
Tiempo vestíbulo: 6 m ÷ 1,19 m/s = 5 segundos
Tiempo entrada escalera = 52 segundos
TOTAL = 72 segundos
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(situación de peligro)
del incendio
Usuarios en plantas por encima o por debajo
Se muestra a continuación el tiempo total de evacuación para el escenario de incendio nº 1:
Tiempo de detección, alerta y
premovimiento
60
segundos
Tiempo de movimiento
(salida del recinto: oficina + vestíbulo)
20
segundos
Tiempo de movimiento
(detección + salida del recinto)
80
segundos
Tiempo de movimiento
(hasta entrada en escaleras)
52
segundos
TIEMPO DE EVACUACIÓN
(hasta entrada en escaleras)
132
segundos
Tabla 5: Resultados tiempo de evacuación escenario 1
El tiempo que tardarán los ocupantes en evacuar desde las plantas superiores o inferiores al
escenario 1, escenario ubicado en una de las plantas tipo de oficinas existentes en el edificio,
será de 132 segundos (2 minutos y 12 segundos).
4.3.4
Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2a
Tal y como se comentó en el apartado 3 - Escenarios de incendio -, teniendo en cuenta que el
uso del edificio es administrativo y que existen zonas de oficinas en toda su superficie (y siendo
la altura de las plantas las mismas que en el resto de oficinas) se considera que el fuego de
cálculo considerado en el caso anterior también es aplicable a este otro escenario, por lo que los
tiempos de detección-alerta y premovimiento se consideran idénticos.
En este escenario también nos encontramos con la problemática de que la capa de humo
generada sobrepasa los criterios de eficacia establecidos, por lo que consideraremos que las
personas ubicadas en la planta del incendio detectarán el fuego y reaccionarán (tiempo de
detección + tiempo de premovimiento) en 1 minuto (60 segundos).
Los ocupantes ubicados en las plantas superiores no pueden ver el fuego ni el humo, por lo que
consideramos que su tiempo de detección vendrá dado por la activación del sistema de agua
nebulizada (en la zona incendiada) y la activación de la señal de alarma (en todo el edificio).
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- Tiempo de detección y alerta:
Activation time
127
s
Fire size
758,063
kW
Figura 57: Detalle resultados escenario 2a
- Tiempo de premovimiento:
Como postura conservadora adoptaremos de manera general un valor de 1 minuto como tiempo
de premovimiento al igual que en el escenario 1.
- Tiempo de movimiento:
Nuevamente consideraremos el recorrido de evacuación desde las oficinas hasta la llegada a las
escaleras de evacuación, considerando éstas un espacio suficientemente seguro al ser
escaleras especialmente protegidas.
Analizamos la planta cuyo recorrido de evacuación es mayor, en este caso la planta primera
(cota +7,36), con una longitud máxima de 25 m.
Se estima una ocupación de 50 personas.
* Salida del recinto de oficinas + escaleras + vestíbulo:
Figura 58: Recorrido evacuación escenario 2a
Siguiendo el mismo criterio que en el escenario anterior nos encontramos un vestíbulo previo a
las escaleras con una longitud de 2 m. Este vestíbulo está dotado de 2 puertas de acceso de 1 m
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de anchura (igual que la escalera) cada una, lo que supone una anchura efectiva de 0,70 m
como vimos anteriormente.
Al disponer de dos elementos (vestíbulo y escalera) con la misma limitación de anchura efectiva
y flujo adoptaremos la solución elegida en el escenario anterior, tomar la entrada de la escalera
como punto crítico, obteniéndose:
50 personas / (1,09 p/s/m x 0,70 m) = ~ 65 s.
Considerando los datos anteriores se obtiene:
Tiempo oficina: 25 m ÷ 1,19 m/s = 21 segundos
Tiempo vestíbulo: 2 m ÷ 1,19 m/s = 2 segundos
Tiempo entrada escalera = 65 segundos
TOTAL = 88 segundos
(situación de peligro)
Usuarios en escenario de incendio
Se muestra a continuación el tiempo total de evacuación para el escenario de incendio nº 2a:
Tiempo de detección y alerta
127
segundos
Tiempo de premovimiento
60
segundos
Tiempo de movimiento
(hasta entrada en escaleras)
88
segundos
TIEMPO DE EVACUACIÓN
(hasta entrada en escaleras)
275
segundos
Tabla 6: Resultados tiempo de evacuación escenario 2a
El tiempo que tardarán los ocupantes en evacuar desde las plantas superiores al escenario 2a,
escenario ubicado en la planta baja de la zona del atrio y caracterizado por un penacho de
derrame, será de 275 segundos (4 minutos y 35 segundos).
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4.3.5
Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2b
- Tiempo de detección y alerta:
El tiempo de detección y alarma vendrá determinado por el tiempo que tardará el sistema de
detección automática en dar la señal de alarma; esto es debido a que la cubierta del atrio no está
protegida con ningún sistema de extinción automática de incendios.
En este caso el sistema de detección notificará la alarma cuando el nivel de oscurecimiento del
humo supere el rango marcado por el detector. Este tiempo varía en función de las tecnologías
utilizadas y de la precisión con que los equipos hayan sido calibrados.
El aspecto que nos insta a considerar la rápida detección del incendio es el factor humano. Al
encontrarnos en un atrio el penacho ascenderá rápidamente hacia la cubierta, lo que permitirá
que sea detectado por los ocupantes en cuestión de segundos y desde todos los pisos.
Para adoptar una postura conservadora consideraremos que los ocupantes detectan el incendio
y reaccionan a los 90 segundos (tiempo de detección y alerta + tiempo de premovimiento).
- Tiempo de premovimiento:
Considerado en el apartado anterior.
- Tiempo de movimiento:
En este caso debemos considerar la evacuación simultánea de tres plantas, 120 personas en
total. Un aspecto a tener en cuenta es que todas las plantas poseen varias salidas de
evacuación, por lo que consideraremos que los ocupantes evacuarán por la salida más cercana
que encuentren dentro de la propia planta.
El caso más desfavorable lo hemos evaluado ya anteriormente, ya que es el que tiene un mayor
recorrido de evacuación (25 m), una mayor cantidad de ocupantes (50 personas frente a las 35
que hay en cada una de las dos restantes) y una mayor cercanía a la capa de humos que va
creciendo en la cubierta, hablamos de la planta primera (cota +7,36).
Como ya se determinó anteriormente los tiempos resultantes son:
Tiempo oficina: 25 m ÷ 1,19 m/s = 21 segundos
Tiempo vestíbulo: 2 m ÷ 1,19 m/s = 2 segundos
Tiempo entrada escalera = 65 segundos
TOTAL = 88 segundos
Se muestra a continuación el tiempo total de evacuación para el escenario de incendio nº 2b:
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peligro)
incendio (situación de
Usuarios en escenario de
Tiempo de detección, alerta y
premovimiento
90
segundos
Tiempo de movimiento
(hasta entrada en escaleras)
88
segundos
TIEMPO DE EVACUACIÓN
(hasta entrada en escaleras)
178
segundos
Tabla 7: Resultados tiempo de evacuación escenario 2b
El tiempo que tardarán los ocupantes en evacuar desde la planta primera del escenario 2b,
incendio en zona abierta del atrio con penacho axisimétrico, debido a que es la planta que
superará antes los criterios de eficacia establecidos, será de 178 segundos (2 minutos y 58
segundos).
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5
Determinación de ASET
5.1
Introducción
El acrónimo ASET (“Available Safe Evacuation Time”) hace referencia al tiempo disponible para
la evacuación de los ocupantes en condiciones de seguridad. Es el tiempo transcurrido entre el
inicio del fuego y la aparición de condiciones que crean un peligro para los ocupantes.
La definición de ASET debe abarcar, en términos de tiempo, desde la ignición hasta que las
condiciones del entorno supongan un peligro para la evacuación de los ocupantes, pero puede
ser más útil definirla como la diferencia de tiempo transcurrido entre la notificación del primer
aviso y la aparición de condiciones insostenibles.
5.2
Condicionantes
Como la gente se mueve/permanece dentro del edificio pueden estar expuestos al humo y los
productos tóxicos de la combustión. Para algunos de estos (por ejemplo, los irritantes), el efecto
es casi instantáneo y no acumulativo, por lo que solamente hay que tener en cuenta la
concentración como parámetro clave.
En el caso del oscurecimiento de la capa de humos, que afecta a la pérdida de visibilidad, el
límite depende en parte de los ocupantes y su familiaridad con el edificio, es decir, afectan
directamente a la voluntad de pasar a través del humo. Esto es, una persona que conozca la ruta
de evacuación del edificio continuará avanzando por la ruta a pesar de que los niveles de
visibilidad sean tan reducidos que puedan provocar que deje de ver y tenga que volver atrás.
Si la capa de humos se estratifica por encima de una capa clara, la altura de esta capa será uno
de los criterios de eficacia. En este aspecto se deben permitir unos márgenes de seguridad, es
decir, el límite no debe fijarse en "altura de la cabeza" o por debajo. La altura de capa de humos
por si sola no es suficiente para causar la pérdida de eficacia, sino que se deben superar
también otros límites.
Aunque no existen valores estándar para los límites de tolerancia de los productos de
combustión se pueden tomar los indicados en el capítulo 2.5 del presente proyecto.
5.3
Metodología
Las metodologías utilizadas en este estudio para determinar el comportamiento del fuego (y así
determinar el tiempo disponible para la evacuación) han sido dos; como ya se vio en el capítulo
2.3 – “Análisis del comportamiento del fuego”-.
Como breve resumen a lo explicado anteriormente diremos que la metodología empleada varía
en función del escenario tratado. Para el escenario 1 utilizaremos un modelo de zona, mientras
que para los escenarios 2a y 2b utilizaremos modelos algebraicos, siendo estos modelos:
- Modelos algebraicos: se basan en la utilización de ecuaciones y fórmulas que han sido
desarrolladas con el claro objetivo de estimar y predecir el comportamiento de aspectos tales
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como la altura de la llama, tasa de liberación de calor, velocidad del penacho, temperatura de la
capa de humos y profundidad, radiación emitida y otros. Estas fórmulas se han desarrollado o
bien empíricamente, mediante la observación de los datos obtenidos a partir de pruebas
realizadas, o matemáticamente mediante cálculos de las propiedades físicas.
- Modelos de zona: trabajan aplicando el criterio de que un espacio puede ser dividido en
pequeños volúmenes, o zonas, sobre las cuales se aplicarán una serie de fórmulas y ecuaciones
algebraicas que determinarán las propiedades del incendio. Suelen ir asociados a programas
informáticos sencillos que pueden incluir rutinas de propagación de llamas, activación de
rociadores/detectores, rotura de cristales e incendios con restricción de oxígeno entre otras.
5.3.1
Evolución del incendio – Escenario 1
El escenario 1 consiste en un incendio en una de las plantas tipo que albergan oficinas.
Repartidas por la planta hay islas de trabajo de aproximadamente 4m² y se ha asumido de
manera conservadora que dos de ellas puedan arder al mismo tiempo.
Este escenario se caracterizará por generar un penacho axisimétrico tal y como se explica en el
Apéndice B.
El modelo utilizado para determinar el comportamiento del incendio en el escenario 1 es un
modelo de zona, en concreto hemos utilizado el programa Branzfire [BRAN96] (véase apartado
2.3.2. del presente proyecto).
Figura 59: Vista interfaz BRANZFIRE
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Figura 60: Descripción interfaz BRANZFIRE
Introducción de datos de la habitación, materiales, huecos de ventilación, ventanas, etc.
(Datos de entrada).
Opciones de simulación.
Características del detector/rociador.
Ventilación mecánica.
Características del fuego.
Mostrar datos de entrada.
Mostrar datos entrada/resultados
Mostrar gráficos (resultados)
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Los datos de entrada utilizados para este escenario se encuentran en el Anexo 1, los principales
se muestran a continuación:
Dimensiones de la habitación:
- Longitud: 16 m
- Anchura: 16 m
- Altura: 3 m
Condiciones ambientales:
- Temperatura interior: 25º C
- Temperatura exterior: 30º C
Simulación:
- Duración: 600 s.
- Localización incendio: centrada.
Los gráficos que más nos interesan, desde el punto de vista de la evacuación segura de los
ocupantes, son los que nos muestran cómo va creciendo la capa de humos en el techo y el
aumento de la temperatura; ambos gráficos se muestran a continuación:
Figura 61: Curva evolución altura capa de humos en el tiempo
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Figura 62: Curva evolución temperatura en el tiempo
Como se puede observar la altura de la capa de humos superará el criterio de eficacia (2,5 m de
altura) a los 70 segundos del inicio del incendio y la temperatura alcanzará los 100º C a los 165
segundos.
5.3.2
Evolución del incendio – Escenario 2a
El escenario 2a considera un incendio debajo de la planta acceso que generará un penacho de
derrame de considerable tamaño hacia el atrio.
Para estimar la evolución del incendio en el escenario 2a utilizaremos un modelo algebraico.
Debido a la tipología del penacho generado en este escenario, un penacho de derrame, el
modelo algebraico estará basado en el trabajo desarrollado por Harrison y Spearpoint [HARR06],
siendo este el último material publicado que habla sobre la dinámica de incendios aplicada a los
penachos de derrame, tal y como se ha desarrollado en el Apéndice B.
El penacho de derrame se caracteriza por una primera fase en la que el incendio va creciendo y
generando una columna de humo que se comporta como un penacho axisimétrico (1). Una vez
el penacho llega al techo se va desarrollando y avanzando por debajo de este (2) (3) (4) hasta
que llega al límite del mismo y vuelve a ascender libremente (5) al no estar contenido por ningún
elemento arquitectónico o estructural. El penacho de humo ascenderá hasta alcanzar la cubierta
y la capa de humo irá descendiendo progresivamente a medida que entre más humo en la
misma.
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Figura 63: Evolución de un penacho de derrame
El problema que genera esa capa de humos creciente se localiza en las rutas de evacuación de
los ocupantes, ya que si supera los criterios de eficacia establecidos no podremos asegurar la
evacuación en condiciones de seguridad.
Con este cálculo estimaremos la cantidad de humo que entra en el penacho para una altura
máxima libre de humos que nos permita cumplir con los criterios de eficacia establecidos.
Aplicando la fórmula desarrollada por Harrison y Spearpoint [HARR06] obtenemos la cantidad
de aire que entra en el penacho (Kg/s) una vez fluye libremente hacia la parte más alta del atrio.
Siendo Qc la tasa de calor convectivo expresada como sigue:
Antes debemos aplicar la fórmula del balance horizontal de masas Mb, que es la cantidad de aire
(Kg/s) que llega al borde del techo antes de “derramarse”.
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Los datos de los que disponemos son:
Criterio
Signo
Unidades
Valor
Calor específico del aire
Co
kJ/Kg.K
1,02
Temperatura ambiente
To
ºC
25
Densidad del aire
3
ρ
Kg/m
1,20
Gravedad
g
m/s
2
9,81
Altura libre de humo
z
m
9,90
Ancho de apertura frontal
wo
m
30,00
Altura de apertura frontal
ho
m
Tasa de crecimiento
2,5
2
α
kW/s
t
s
127
Qc
kW
1000
Signo
Unidades
Valor
Balance horizontal de masas
Mb
Kg/s
24,87
Masa de humo producida
M
Kg/s
258,68
Tiempo de actuación rociadores
2
Tasa de liberación de calor convectivo (α.t )
0,047
Tabla 8: Datos de entrada escenario 2a
Aplicando las fórmulas anteriormente mencionadas obtenemos:
Denominación
Tabla 9: Resultados escenario 2a
Según los datos obtenidos una masa de aire de 258,68 Kg/s provocaría que la capa de humos
descendiese hasta dejar una altura libre de 9,90 m de altura, límite establecido para que los
ocupantes de la planta primera del atrio puedan evacuar con seguridad.
El tiempo en producirse esta situación es indeterminado, pero para evitar esta situación se
debería optar por la opción de instalar aireadores en la parte superior del atrio para que la capa
de humos no descienda por debajo de esos niveles
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Una vez determinada la masa del humo debemos conocer su temperatura para poder estimar el
volumen a extraer:
Obteniéndose los siguientes resultados:
Denominación
Signo
Unidades
Valor
Temperatura media del penacho
Tm
ºC
28,79
Flujo de extracción requerido
Vout
m3/s
248,25
Tabla 10: Resultados escenario 2ª (flujo de extracción requerido)
5.3.3
Evolución del incendio – Escenario 2b
Este escenario se localiza exclusivamente en la zona abierta del atrio que comunica las tres
plantas que lo componen. Para ser conservadores se ha decidido caracterizar el incendio
considerando la existencia de una zona de descanso donde se ubica un sofá.
Al igual que en el escenario anterior, utilizaremos un modelo algebraico para determinar el
comportamiento del incendio en este escenario.
En este caso el penacho es de tipo axisimétrico, como en el escenario 1, con la diferencia que en
este caso se desarrolla en el atrio. El modelo algebraico que utilizaremos estará basado en las
fórmulas y ecuaciones para este tipo de penacho existentes en el CIBSE y que están
desarrolladas en el Apéndice B de este proyecto.
Los criterios de eficacia son idénticos a los establecidos para el escenario 2b: conseguir que la
capa de humo acumulada en la parte alta del atrio no descienda por debajo de los 9,90 m y
comprometa la seguridad de los ocupantes de la planta primera mientras efectúan la evacuación.
Para determinar la cantidad de aire que entra en el penacho utilizaremos la siguiente expresión:
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Los datos de los que disponemos son:
Criterio
Signo
Unidades
Valor
Calor específico del aire
Co
KJ/Kg.K
1,02
Temperatura ambiente
To
ºC
25
Densidad del aire
3
ρ
Kg/m
1,20
Gravedad
g
m/s
2
9,81
Altura libre de humo
z
m
Tasa de crecimiento
9,90
2
α
kW/s
Qc
kW
4000
Signo
Unidades
Valor
Masa de humo producida
M
Kg/s
58,89
Temperatura media del penacho
Tm
ºC
91,59
Vout
3
188,45
2
Tasa de liberación de calor convectivo (α.t )
0,047
Tabla 11: Datos de entrada escenario 2b
Aplicando la fórmula anteriormente mencionada obtenemos:
Denominación
Flujo de extracción requerido
m /s
Tabla 12: Resultados escenario 2b
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Conclusiones
Se ha llevado a cabo un análisis prestacional en el edificio de oficinas de la Mutua Madrileña
ubicado en el Paseo de la Castellana nº 50, en Madrid, ampliamente descrito en el apartado 1 de
este estudio.
Se han identificado y estudiado tres escenarios de incendio, determinándose en cada uno el
tiempo necesario para evacuar el recinto (RSET) y el tiempo que tarda el posible incendio en
generar unas condiciones insostenibles. Los criterios usados para evaluar dichas condiciones se
muestran en el apartado 2.5 - Criterios de eficacia -.
A continuación se muestran los resultados obtenidos comparando ambos tiempos:
Escenario 1:
RSET (segundos)
ASET (segundos)
ASET > RSET
Factor de
seguridad
80
110
SI
1,375
La evacuación del recinto finaliza a los 80 segundos desde el inicio del incendio mientras que las
condiciones intolerables se alcanzan a los 110 segundos (altura de la capa de humos a 2,00 m).
Hay que destacar que, aunque los criterios de eficacia dicen 2,50 m, en un espacio tan reducido
como es el caso que estudiamos, y debido al supuesto del modelo de zona que considera que la
capa de humos desciende inmediatamente al iniciarse el fuego, se considera como aceptable
utilizar los 2,00 m como valor crítico.
Escenario 2a:
RSET (segundos)
ASET (segundos)
ASET > RSET
Factor de
seguridad
275
∞
SI
INDETERMINADO
En el escenario 2a la evacuación de los ocupantes finaliza a los 275 segundos y se diseñará un
sistema de control de humo que sea capaz de extraer un caudal de 248,25 m3/s para asegurar
que los ocupantes de la planta primera evacuan en condiciones de seguridad al nos descender
la capa de humos por debajo de los 9,90 m.
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Escenario 2b:
RSET (segundos)
ASET (segundos)
ASET > RSET
Factor de
seguridad
178
∞
SI
INDETERMINADO
En el escenario 2b la evacuación de los ocupantes finaliza a los 178 segundos y se diseñará un
sistema de control de humo que sea capaz de extraer un caudal de 248,25 m3/s (ya que el
volumen de humo a extraer es mayor en el escenario 2a) para asegurar que los ocupantes de la
planta primera evacuan en condiciones de seguridad al nos descender la capa de humos por
debajo de los 9,90 m.
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BIBLIOGRAFÍA
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Bibliografía
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[ARL72] Alpert, R.L., “Calculation of Response Time of Ceiling-Mounted Fire Detectors,” Fire
Technology, Volume 8, pp. 181–195, 1972.
[BRAN96] Branzfire – Zone model (fire modelling software). BRANZ & University of Canterbury.
New Zealand. 1996
[CTE] CTE, Código Técnico de la Edificación, España.
[DBSI10] Documento Básico SI, Seguridad en caso de Incendio – 2010
[EFD99] Enclosure Fire Dynamics, Björn Karlsson and James G Quintiere, 1999.
[EVAN85] Evans D. “Methods to Calculate the Response Time of Heat and Smoke Detectors
Installed Below Large Unobstructed Ceilings”. - 1985
[HARR06] “Smoke management issues in buildings with large enclosed spaces”, Harrison R,
Spearpoint M J., 2006.
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[NIST] www.fire.nist.gov, Fire Experiment Results – NIST (National Institute of Standards and
Technology), USA.
[PD7974] PD 7974-6:2004, Application of fire safety engineering principles to fire safety design of
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[PFB98] Principles of Fire Behavior – James G. Quintere, Delmar Pubblishers - 1998
[SFPE10] The SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 4th Edition, 2010
[TM19] TM19:1995 – Technical Memoranda, Relationships for smoke control calculations, CIBSE
– The Chartered Institution of Building Services Engineers
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APÉNDICE A
8
Apéndice A – Instalaciones de PCI
En este apartado se hablará de las instalaciones de protección contra incendios existentes en el
edificio y que inciden directamente en el tiempo de detección de un incendio en caso de que este
se produzca.
Las instalaciones que se verán son las siguientes:
- Sistemas de detección automática de Incendios.
- Sistemas de extinción automática mediante agua nebulizada
8.1
Sistemas de detección automática de incendios
GENERALIDADES
El objetivo de los sistemas automáticos de detección y alarma es detectar un incendio en el
momento más temprano posible y proporcionar señales e indicaciones de alarma para mejorar
las condiciones de evacuación de las personas y/o adoptar las medidas apropiadas para
proceder a la extinción del mismo.
Las funciones fundamentales, recogidas en códigos y normas, de un sistema automático de
detección y alarma son las siguientes:
- Detección automática
- Control e indicación
- Alarma automática
- Alarma manual
- Transmisión de alarma
- Recepción de alarma
- Control sistemas automáticos extinción
- Sistemas automáticos extinción
- Transmisión de averías
- Recepción de averías
- Alimentación eléctrica del sistema
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En el desarrollo de un incendio pueden distinguirse con intervalos de tiempo más o menos largos
cuatro fases.
Fase 1.- En esta primera fase el fuego están en estado latente produciéndose gases invisibles al
ojo humano. En esta fase el desarrollo del fuego puede durar horas.
Fase 2.- En la segunda fase se producen humos visibles o partículas que se desprenden de la
combustión y que ascienden con gran rapidez. Pudiendo durar horas o minutos.
Fase 3.- En la tercera fase en condiciones favorables de existencia de oxígeno, se desarrollan
con gran rapidez los humos y gases tóxicos. Su desarrollo se produce en minutos o segundos.
Fase 4.- A los humos sigue la producción de calor con llamas, rayos infrarrojos y ultravioletas, es
la cuarta fase. Es el momento en que el fuego se convierte en incendio, su desarrollo se produce
en pocos segundos.
Figura 1: Tecnologías utilizadas en función del tiempo de respuesta
COMPONENTES Y FUNCIONES ESPECÍFICAS
Detectores:
Distribuidos de forma que protejan todos los locales, vías de evacuación y en general todo tipo
de recintos con riesgo y sin vigilancia expresa. Estarán accionados por los diferentes fenómenos
físicos/químicos producidos durante un incendio (aerosol, humo, gas, radiación, calor, etc.).
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Equipo de control e indicación:
Es el destinado a alimentar y supervisar los elementos de campo (detectores, pulsadores), a
activar los dispositivos de alarma para mejorar la evacuación, a sectorizar los interiores de los
edificios mediante actuaciones específicas.
Alarmas:
De tipo manual informan de la presencia de un incendio descubierto por los ocupantes mediante
el accionamiento de un pulsador. Dispositivos de alarma como las sirenas, campanas,
megafonía, dispuestos para activar el plan de evacuación.
Control sistemas extinción:
Sistemas o subsistemas para la supervisión y accionamiento de las instalaciones de extinción.
Sistemas de transmisión y recepción de alarmas:
Envío de los eventos a centros referenciados de la instalación y/o a C.R.A. (Centro de Recepción
de Alarmas).
Equipo suministro alimentación:
Es el equipo destinado a proporcionar la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del
sistema, normalmente 24 Vcc., a partir de una conexión a una red eléctrica estándar en todo tipo
de situaciones.
TECNOLOGIAS DE DETECCIÓN
Las tecnologías utilizadas para la detección basarán su principio de funcionamiento en los
diferentes fenómenos físico/químicos generados por los incendios.
Detector térmico y termovelocimétrico: Los incendios emiten energía térmica por lo tanto
este tipo de detectores detectan la temperatura con una configuración puntual que exige
concentración de detectores en las áreas protegidas. Pueden detectar termostáticamente
(detector calibrado a una determinada temperatura) y/o termovelocimétricamente (aumento de
temperatura en una unidad de tiempo).
Detector de humos por ionización: Los incendios emiten humos visibles e invisibles que
pueden ser ionizados por la acción de una sustancia radiactiva (americio 241). La diferencia de
potencial entre electrodos con una cámara de referencia nos activa una alarma. La configuración
en instalaciones es puntual. Su uso va siendo desestimado por razones medioambientales.
Detector de humos óptico: La detección se realiza por la acción de reflexión o dispersión de la
luz en una cámara. El grado de obscurecimiento del humo determina la alarma. La configuración
de los detectores es puntual y su uso está generalizado.
Detector de humos lineal: La detección del humo se realiza por atenuación de la densidad del
mismo que atraviesa un haz luminoso. Requieren que el emisor y receptor estén perfectamente
alineados.
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Detector de humos alta sensibilidad (cámara Láser): Utiliza el principio de obscurecimiento
de la muestra pero con una sensibilidad comprendida entre 0,1 á 10% osc/m. Configuración
puntual y adecuado para ambientes muy limpios.
Detector de humos por aspiración: Utiliza también el principio de obscurecimiento y su
sensibilidad está comprendida entre valores de 0,015 á 20% osc/m. Especial para ambientes
complejos por corrientes de aire (aire acondicionado) ó de difícil acceso (almacenes en altura,
armarios eléctricos, etc)
Detector de llama: Los cuerpos calientes emiten radiaciones IR y/o UV. El nivel de emisión de
radiación depende del tipo de combustible y la fuente de luz deberá ser visible (llama de un
incendio). La configuración es puntual pero la captación de la emisión debe estar perfectamente
enfocada para obtener resultados satisfactorios.
Detector multicriterio: Como su nombre indica puede incorporar tecnologías diferentes para la
acción detectora como óptica de humos, térmica, gas CO, IR. Su configuración es puntual y
permite en una misma cabeza la incorporación de dos ó más tecnologías.
Detector multisensor: Incorpora varias tecnologías interactuando entre ellas marcando la
diferencia con el detector multicriterio.
COMPONENTES DEL SISTEMA DE DETECCIÓN Y ALARMA
Como quedó indicado el objetivo es detectar un incendio en los instantes iniciales y dar señales
de alarma audibles y/o visibles que permitan adoptar las medidas para la evacuación de las
personas y la conservación de los bienes con sistemas de extinción apropiados.
El sistema debe operar automáticamente, estar disponible todos los días del año y tener
autonomía para funcionar en caso de fallo de la corriente eléctrica alterna de alimentación
durante el tiempo marcado por las Normas.
Los componentes del sistema son:
- Equipo de control e indicación
- Detectores
- Pulsadores manuales de alarma
- Dispositivos complementarios (módulos entrada/salida, aisladores)
- Dispositivos indicación alarma: sirenas, campanas, flashes, etc.
- Cableado e interconexión
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TIPOS DE SISTEMAS
Atendiendo a la topología ya las características técnicas de los componentes los sistemas de
detección y alarma pueden ser:
Convencionales
La central de control y señalización nos indica por zonas las alarmas sin precisar el punto o
detector, pulsador manual, activado. Los componentes son del tipo alarma/reposo y su
sensibilidad fija puede ser alterada por el ambiente creando alarmas no deseadas. No permite
reconstruir la evolución de un incendio producido.
Figura 2: Esquema sistema de detección convencional
Direccionables
Basados en los sistemas convencionales sólo añaden como ventaja la localización exacta de los
elementos activados.
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Analógicos
Miden y transmiten en tiempo real los parámetros físicos del incendio (temperatura, densidad de
los humos). Además es posible variar su sensibilidad en función de la suciedad del ambiente con
lo que abren la posibilidad de un mantenimiento selectivo. Al ser sistemas direccionables
permiten la localización punto a punto. La central de control permite la programación selectiva y
la interrelación con el plan de emergencia.
Figura 3: Esquema sistema de detección analógico
Algorítmicos
Son sistemas analógicos en los que alarma no depende del valor absoluto de las mediciones
sino de la evolución y características del incendio. Los detectores disponen de información sobre
patrón de fenómenos de incendio no deseado y de influencias ambientales por lo que solamente
responden a fenómenos propios de incendios para los que han sido ensayados.
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REGLAMENTACIÓN
La reglamentación aplicable es la correspondiente a normas europeas y españolas. Además hay
otras reglas específicas como CEPREVEN y otras de consulta como las normas NFPA. En
resumen tendremos los siguientes documentos:
C.T.E., R.S.C.I.E.I., R.I.P.C.I.
(REGLAMENTOS Y NORMATIVA)
UNE 23007-1 Introducción y definiciones
1996
UNE 23007-2 Equipos de control e indicación
1997
UNE/EN54 -3 Equipos de alarma audibles
2003
UNE/EN54 -4 Equipos de suministro de alimentación
2003
UNE/EN54 -5 Detectores de calor puntuales
2003
UNE/EN54 -7 Detectores de humo puntuales
2003
UNE/EN54-10 Detectores de llamas
2006
UNE/EN54-11 Pulsadores manuales
2006
UNE/EN54-12 Detectores ópticos lineales
2003
UNE/EN54-13 Compatibilidad de los componentes
2006
UNE23007-14 Planificación, instalación, diseño, etc.
1996
UNE/EN54-17 Aisladores de cortocircuito
2006
UNE/EN54-18 Módulos de entrada/salida
2006
UNE/EN54-20 Detectores de humo por aspiración
2006
UNE/EN54-21 Equipos de transmisión de alarma
2006
UNE/EN12094 Panel de control de extinción
2004
UNE/EN14604 Detectores autónomos
2006
RT3-DET de C.E.P.R.E.V.E.N.
CODIGO 72 de N.F.P.A.
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8.2
Sistemas de extinción de incendios mediante agua nebulizada
GENERALIDADES
En los sistemas de agua nebulizada se optimizan los recursos extintores del agua mediante la
división de su volumen en gotas de muy pequeño tamaño, consiguiendo un gran aumento de la
capacidad de refrigeración para una misma cantidad de agua, reduciéndose por tanto las
necesidades de reserva de la misma, y en caso de descarga, dadas las pequeñas cantidades de
líquido empleado los daños sobre equipos son mínimos.
Las ventajas de estos sistemas son muy importantes, y cabe destacar:
- Economía, coste mínimo del agente extintor.
- Agente extintor ecológico, no perjudica al medio ambiente.
- No conduce la electricidad.
- Eficaz para fuegos de líquidos inflamables
- Inocuidad para los equipos protegidos y para las personas.
- Daños por agua muy reducidos.
- Reducción drástica de la temperatura del recinto.
- Mantenimiento del nivel de oxígeno.
- Lavado de humos y gases tóxicos solubles en agua.
- Previene la reignición.
Una característica peculiar de los sistemas de agua nebulizada, es que las técnicas de aplicación
y diseño de esta tecnología son completamente diferentes para cada Fabricante, y su validez
queda establecida por cada uno de ellos a través de los correspondientes ensayos y
aprobaciones.
MECANISMOS DE EXTINCIÓN DEL AGUA NEBULIZADA
Los mecanismos que actúan simultáneamente para extinguir un fuego mediante agua nebulizada
se pueden clasificar como tres primarios y dos secundarios.
Los primarios son:
* Retirada de calor
* Desplazamiento de oxígeno
* Bloqueo del calor radiante
Aunque estos tres mecanismos se encuentran involucrados en distintos grados en cada
extinción, algunos fuegos se extinguen principalmente por enfriamiento y otros por
desplazamiento del oxígeno; la diferencia depende de si el fuego tiene mucha o poca ventilación
y de las propiedades del combustible. El efecto del boqueo del calor radiante en un
compartimiento se aprecia en la reducción de la realimentación térmica sobre la superficie de
combustible existente.
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Los dos mecanismos secundarios son:
* Dilución vapor / aire
* Efectos cinéticos
La dilución de gases que se crea por la mezcla de vapor de agua y aire sobre una superficie de
combustible tiene un efecto beneficioso para lograr la extinción, principalmente en fuegos de
líquidos. También, la velocidad del frente de llama en una mezcla de gas inflamable puede ser
inhibida por la presencia de pequeñas gotas de agua dispersas en el volumen de llama,
pudiendo este fenómeno jugar un papel significativo en la extinción de fuegos en spray y en la
inhibición de deflagraciones.
En cualquier caso para realizar el diseño de un sistema de agua nebulizada fiable puede ser
suficiente con la correcta comprensión de los tres mecanismos principales:
- Retirada de calor (enfriamiento): El enfriamiento del combustible y los objetos y el entorno a
su alrededor contribuye a reducir el desarrollo del fuego. En comparación con las aplicaciones de
sistemas de agua más habituales, el agua nebulizada aumenta la velocidad a la cual el agua
retira el calor de la llama y los gases calientes. Reducir el tamaño de la gota incrementa la
superficie total de una masa de agua y, por ello, aumenta la velocidad de la retirada de calor. Si
se retira suficiente calor, le temperatura de la fase gaseosa de la llama puede descender por
debajo de la mínima necesaria para mantener la reacción de combustión y el fuego se
extinguiría.
En cuanto a cual es la absorción de calor “suficiente”, se ha estudiado que no es necesario
absorber todo el calor desprendido por el fuego a su velocidad de combustión. Retirar entre el 30
y el 60% puede bastar para detener la combustión. Además los efectos concurrentes de la
reducción de oxígeno y la reducción del flujo de calor implicarían que el fuego puede ser
extinguido con sólo una fracción del mínimo ratio teórico requerido para extinguir únicamente por
medio del enfriamiento de la llama
- Desplazamiento del oxígeno: Las gotas de agua al evaporarse aumentan su volumen
aproximadamente 1.900 veces (a 100º C y 1 atm). Si la evaporación sucede con rapidez, el
vapor de agua desplaza al aire alrededor de la gota. La inyección de agua en gotas finas en la
cercanía de una llama resulta en la rápida evaporación, expansión y en el desplazamiento del
oxígeno disponible por el vapor de agua en el entorno de la llama. Si la cantidad de oxígeno
disponible para la combustión se reduce por debajo de un nivel crítico, el fuego se extinguirá por
sofocación o será más fácil de extinguir por enfriamiento.
Este mecanismo de sofocación explica por qué el agua nebulizada extingue con más facilidad los
fuegos “grandes” que los “pequeños”. Un fuego “grande” liberará más calor en etapas tempranas
que un fuego “pequeño”, de manera que habrá más calor disponible para evaporar las gotas de
agua cuando comience la descarga del agua nebulizada.
- Bloqueo del calor radiado: Aunque este mecanismo no extingue un fuego por su sola
actuación, el bloqueo del calor radiado tiene un papel importante en evitar que el fuego se
extienda a superficies de combustible que aún no han entrado en ignición y reduce la
vaporización (o ratio de pirólisis) en la superficie del combustible. En otro orden de cosas, la
atenuación de la radiación protege a los objetos y las personas del calor radiado, ocurra o no la
extinción.
Estudios teóricos muestran que la atenuación de la radiación depende del diámetro y la densidad
de las gotas de agua. Según aumenta la concentración de gotas con diámetros por debajo de 50
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micras, se incrementa el grado de atenuación de calor radiado. Por esta razón, los sistemas de
agua nebulizada con gotas muy pequeñas han demostrado ser muy efectivos para reducir la
transferencia de calor radiado.
CLASES DE SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA
El standard NFPA 750, define como sistemas de agua nebulizada, a aquellos en los que al
menos el 99% del volumen de agua utilizado se aplica en gotas de tamaño inferior a 1000
micras. Así mismo, subdivide los sistemas de agua nebulizada en tres diferentes categorías, baja
presión, para los sistemas cuya presión de funcionamiento es inferior o igual a 12 bar (175 psi),
presión media, para los sistemas que operan a presiones entre 12 bar y 34 bar (500 psi), y alta
presión, para los sistemas que operan a presiones superiores a 34 bar.
Dentro de los sistemas de agua nebulizada se distinguen los sistemas que utilizan una sola
tubería y sistemas de dos tuberías. En los sistemas de dos tuberías se transporta en tuberías
separadas, los dos agentes agua-aire hasta mezclarse en las boquillas, donde se produce
finalmente la nebulización. Estos sistemas, aunque efectivos en algunas aplicaciones presentan
la desventaja del alto coste y complejidad de las instalaciones.
En general, los sistemas de media y baja presión, de una y dos tuberías, requieren un mayor
número de boquillas para conseguir los resultados de extinción que se obtienen con los sistemas
de alta presión. Esto se debe, en parte, al mayor tamaño medio de las gotas producidas, superior
a las 300 micras, lo que obliga a utilizar mayores cantidades de agua para compensar la menor
fracción de gotas de pequeño tamaño.
La eficacia extintora del agua nebulizada se basa en la alta pulverización del agua utilizada, lo
que optimiza los efectos de enfriamiento, atenuación del calor radiado y desplazamiento del
oxígeno en el entorno del fuego.
FINALIDADES DE LOS SISTEMAS DE AGUA NEBULIZADA
Los sistemas de agua nebulizada se utilizan principalmente con las siguientes finalidades tal
como se expone en el Standard NFPA 750:
a) Control del incendio. Consiste en la limitación del crecimiento y propagación de un incendio,
humedeciendo los materiales combustibles adyacentes y controlando la temperatura de los
gases de combustión en el techo. Esta es la típica aplicación para la sustitución de los sistemas
de rociadores automáticos con grandes ventajas en muchas aplicaciones, como son: buques,
hoteles, hospitales, oficinas, etc.. dada la limpieza del agua y la mínima cantidad empleada, así
como la mayor eficacia del control del fuego por el agua nebulizada frente al agua en gotas de
los sprinklers convencionales.
b) Supresión del incendio. La reducción sustancial y rápida de los factores que acompañan al
incendio, desprendimiento de calor y emisión de gases, durante el tiempo de duración de la
descarga.
c) Extinción del incendio. La completa supresión del incendio hasta la desaparición total de
materiales en combustión. Es la aplicación típica para la sustitución de los sistemas de extinción
por gas (CO2, Halón, gases inertes, etc.).
COMPONENTES
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Grupos de bombeo:
Dependiendo del tipo de riesgo a proteger el sistema utiliza uno de los siguientes equipos de
presurización:
(1) Unidades de bombeo actuadas por motores eléctricos o diesel HI-FOG: Ideal para grandes
aplicaciones de un amplio rango de riesgos tanto en marina como en tierra.
(2) Unidad de bombeo actuada por gas (Gas Driven Pump Unit, GPU HI-FOG): La GPU es un
equipo autónomo de bombeo de agua nebulizada, diseñado para zonas de riesgo ligero y para
áreas de almacenamiento o espacios de máquinas. Este equipo no precisa ningún suministro
eléctrico externo para su funcionamiento y permite una descarga de agua nebulizada durante
media hora como mínimo empleando una bomba accionada por gas o aire comprimido. Las
unidades GPU están aprobadas por FM.
(3) Sistemas pre-ingenierizados de Unidades de Cilindros HI-FOG para distintas aplicaciones a
riesgos específicos como salas de turbinas, salas de máquinas o salas de equipos electrónicos.
Son sistemas ensayados y aprobados para aplicaciones específicas de manera que en todos sus
ensayos han alcanzado la extinción del incendio tipo considerado.
Sistemas de sprinklers de agua nebulizada
Los sprinklers se activan automáticamente al alcanzarse temperaturas predeterminadas
comprendidas entre 57-141º C. El área de cobertura por sprinkler varía entre 9-25 m2, con una
presión mínima de trabajo de 60 bar. Las densidades de diseño oscilan entre 0,5-1,5 l/min·m2.
Estos sistemas están diseñados para protección de zonas que presenten un riesgo ordinario o
ligero.
La fuente de impulsión para este tipo de sistemas tiene varias opciones de configuración. Puede
emplear bombas de alta presión con accionamiento por motores eléctricos o Diesel, así como
por sistemas de pistones de acero inoxidable accionado por cilindros de gas (GPU).
Las aplicaciones típicas de los sistemas de sprinklers son entre otras: buques, hoteles, museos y
edificios históricos, oficinas y bibliotecas, centros de proceso de datos y telecomunicaciones,
almacenes, fábricas, áreas de proceso, petroquímicas y túneles.
NORMATIVA DISPONIBLE
En la actualidad ya existen normativas para el empleo del agua nebulizada como sistema contra
incendios tanto en Marina como en Tierra.
Para usos en Tierra, la única norma disponible hoy es el Standard 750 de la NFPA (National Fire
Protection Association): “Standard on Water Mist Fire Protection Systems”. Su primera edición se
publicó en 1996. En el año 2000 se publicó su primera revisión, que es la actualmente vigente.
Actualmente se está desarrollando la Norma CEN (Centro Europeo de Normalización) para
sistemas de agua nebulizada.
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APÉNDICE B
9
Apéndice B – Dinámica del incendio
En este apartado se desarrollarán todos los aspectos relacionados con el control y movimiento
del humo así como de las características y tipologías de los penachos generados.
Todas las fórmulas aquí descritas han sido sacados del libro “An Introduction to Fire Dynamics”
[AIFD99]
9.1
Control de humos
La necesidad de control del humo depende de muchos aspectos de la construcción, el diseño y
uso, incluida la combustibilidad de los elementos que hay en su interior, la movilidad de los
ocupantes y la facilidad de escape. El control de humo se considera necesario y estos sistemas
pueden ser simples (aprovechando los sistemas de ventilación natural) o pueden requerir equipo
adicional y sofisticado (sistemas de ventilación mecánica).
Para poder comprender el sistema de detección, control y manejo del humo es necesario
entender primero cómo se comporta éste y cuáles son los parámetros a considerar.
Una de las manifestaciones que caracterizan al incendio y que afectan en gran medida tanto a la
salud humana como a su comportamiento en caso de emergencia, es el humo que origina.
Podemos definir el humo como “los productos gaseosos de la combustión de materiales
orgánicos en los cuales pequeñas partículas sólidas y líquidas se encuentran dispersas”.
Salvo pequeñas excepciones todos los incendios ocasionan humos, y la combinación de los
efectos del oscurecimiento y la toxicidad producida por los humos ocasiona un serio peligro para
la vida de las personas en caso de un incendio en un edificio.
Tradicionalmente ha existido una tendencia a estudiar estos dos aspectos, producción de humos
y toxicidad, de forma independiente. Actualmente, existen por una parte métodos para medir
únicamente la producción de partículas bajo condiciones específicas de ensayo, y por otra
métodos completamente diferentes para los gases del incendio.
9.2
Movimiento del humo
Los humos se mueven debido a la influencia de diferentes fuerzas que se manifiestan como
gradientes de presión dentro de la masa de fluido. Tales fuerzas son originadas por los
siguientes fenómenos:
- flotabilidad debida a la diferencia de temperatura externa/interna del edificio (convección
natural).
- flotabilidad creada por el propio incendio.
- efectos del viento y movimiento del aire.
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- Sistemas de gestión de aire.
Diferencias de presión debido a la convección natural:
En un incendio, a medida que el humo adquiere una temperatura mayor que el aire que le rodea,
ascenderá. La fuerza de ascensión vendrá dada por la expresión: g x (ρ0 – ρ), siendo ρ0 la
densidad del aire ambiente y ρ la densidad del humo.
En espacios que contienen grandes volúmenes las diferencias de temperaturas entre interior y
exterior darán lugar a una diferencia de presiones inducidas conocidas como ‘’stack effect’’. Este
efecto se resume en la entrada de aire desde las zonas inferiores, siempre que las condiciones
del recinto lo permitan, y la expulsión del mismo en las zonas más elevadas, lo que nos
generaría ese diferencial de presión.
Figura 1: Diferencias de presión debidas a la entrada de aire
La presión en la zona alta del edificio sería:
En el exterior: ρ0 (H) = ρ0 – ρ0 x g x H
En el interior: ρi (H) = ρ0 – ρi x g x H
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Quedando un diferencial de presiones:
∆p = (ρ0 – ρi) x g x H
En cotas superiores a ese plano, la diferencia de presiones entre el interior y el exterior del
recinto ocasionará el flujo de gases hacia el exterior, mientras que en cotas inferiores se
producirá una entrada de gases desde el exterior al interior del recinto.
En casos en los que la temperatura externa sea superior a la interior (p.e.: edificios con aire
acondicionado en climas cálidos) la situación será a la inversa y el aire tenderá a fluir hacia el
interior del recinto, por lo que el humo podría moverse en un sentido opuesto al previsto
Figura 2: Diferencias de presión debidas a la temperatura exterior/interior
Diferencias de presión debido al propio incendio:
La combustión en un recinto genera altas temperaturas que originan fuerzas ascensionales
responsables de que los gases calientes del incendio sean desplazados hacia las aperturas de
ventilación situadas en las zonas superiores.
Diferencias de presión debido al viento:
El viento puede generar distribuciones de presión en el entorno de un edificio que sean capaces
de provocar la entrada del humo al interior.
Por lo general, la incidencia del viento sobre un edificio producirá mayores presiones en el lado a
barlovento (dirección de donde viene el viento) y tenderá a crear un movimiento de aire dentro
del edificio hacia sotavento, donde la presión es menor.
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Figura 3: Diferencias de presión debidas al viento
Diferencias de presión debido al sistema de gestión de aire:
La mayoría de los edificios modernos cuentan con sistemas de gestión del aire bajo diferentes
propósitos: calentamiento, ventilación, aire acondicionado. Estos dispositivos favorecer la
propagación del humo en caso de incendio:
- favoreciendo la difusión de los humos en caso de que los sistemas estén funcionando.
- usando los conductos como una red de canales si los ventiladores están apagados.
Alternativamente estos sistemas pueden ser diseñados para gestionar el humo, evacuándolo del
edificio en caso de incendio mediante un sistema automático de gestión de humos supervisado
por profesionales expertos.
9.3
El penacho de incendio (fire plume)
Según la Real Academia de la Lengua la definición de penacho es ‘’Masa de aire sobresaturado
de vapor de agua y que contiene a menudo contaminantes sólidos, líquidos o gaseosos, vertida
a la atmósfera por una chimenea’’.
En el caso que estudiamos se podría resumir en la columna de gases/humo que es emitida por
un incendio.
Se asume la situación en la que tenemos una fuente puntual de calor a una altura z = 0 y toda la
energía producida se transporta a través del penacho, no habiendo emisión de energía (en forma
de calor) por radiación desde dicha fuente. Se entiende entonces que la fuerza que impulsa a
todo el sistema surge del diferencial de densidad de aire existente entre las zonas que hay por
encima de la fuente de ignición y el aire frio circundante.
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Asumiremos a su vez que el perfil del flujo en todo el penacho es constante así como lo es
también su velocidad, siendo cero fuera del mismo. A su vez se asume que la temperatura
también será constante a lo largo del penacho.
Figura 4: Penacho de incendio
T∞ y ρ∞ son la temperatura y densidad del aire circundante respectivamente, u es la velocidad
con que asciende el penacho y z es la altura sobre el punto de origen.
Además existe otro supuesto, la relación entre la velocidad de ascensión del penacho (u) y la
entrada de aire por los laterales del mismo (v), quedando la expresión v = α x u, donde á es
conocido como el coeficiente de entrada.
Para encontrar una explicación del penacho de deben tener en cuenta una serie de limitaciones:
- se asume que toda la energía es aportada en el punto de origen y que permanece en el
penacho, es decir, que no hay pérdidas de calor en el sistema debidas a la radiación.
- se asume que las variaciones de densidad en el interior del penacho son pequeñas y
solamente se tendrán en cuenta cuando las diferencias entre el interior y el exterior sean
evidentes.
- se asume que los perfiles de velocidad y temperatura son independientes de la altura respecto
al punto de origen. Temperatura y velocidad serán constantes sobre una sección horizontal
desde el punto de origen z a lo largo de un radio ‘’b’’ y la velocidad será nula así como la
temperatura interior y la exterior serán iguales fuera de este radio.
- se asume que la entrada de aire desde el exterior (α) es un 15% de la velocidad con que se
eleva el penacho
Teniendo en cuenta estas limitaciones se puede llegar a obtener las expresiones que nos
muestren los distintos momentos, tasa de liberación de calor, tasa de producción de humos,
temperatura del penacho, etc.
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Todas estas consideraciones sirven para poder definir y estudiar un penacho ideal, pero se han
visto modificadas por multitud de estudios y trabajos realizados por investigadores a lo largo de
muchos años.
Algunos de los puntos modificados han sido los siguientes:
1. Origen virtual:
Los modelos de penacho están basados suponiendo un punto en el que se ubica el foco de
fuego, es decir, un punto donde se produce la combustión. En realidad, un foco de fuego ocupa
un área finita. El origen virtual es presentado para corregir esta desviación.
El origen virtual es la elevación de una posición imaginaria del punto donde se enciende la fuente
que origina el fuego y la superficie de combustible. La posición es determinada extrapolando las
fronteras del penacho a un punto de cruce.
Figura 5: Origen virtual del penacho de incendio
El origen virtual (z0) depende del diámetro del fuego (D) y del calor liberado (Q).
El origen virtual se puede expresar como:
La expresión para el cálculo de la posición del origen virtual, es limitada para fuegos en los que
no se pueda definir con exactitud el origen de la combustión, como puede ser en los almacenes
de gran altura. Por ello, para estos casos, el origen virtual coincidente con la superficie del
combustible (p. e. zo = 0). En este informe, se realizará esta aproximación.
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2. Diámetro del foco del fuego:
El diámetro del foco de incendio viene dado por la ecuación:
Siendo Aeq el área equivalente de fuego, que viene dada por la expresión:
3. Tasa de liberación de calor:
La tasa de liberación de calor total (Q) es la emisión de calor total de un fuego, producto del calor
de combustión (Kg/kJ) y la velocidad de combustión de la masa de combustible (Kg/s).
El calor de combustión (Hc) siempre será inferior que el calor neto procedente de la combustión
del material debido a que esta nunca es completa.
La velocidad de combustión (R) dependerá de si el fuego es controlado por la ventilación o por el
combustible.
Además de la tasa de liberación de calor existe la tasa de liberación de calor convectivo (Qc). El
calor convectivo es la parte del calor que es irradiado de la llama.
La porción de calor convectivo es cercana al 65% en fuegos en los que la madera está presente
y próxima al 50-60% en la mayoría de los plásticos.
Según el CIBSE TM19 [TM19] se estima que un tercio de la salida de calor total es irradiado de
la llama.
Una vez definidos estos aspectos hay que hablar del penacho de humo originado por el incendio.
Tras la ignición, el penacho de fuego lleva productos procedentes de la combustión del material
que arde que se mezclan con el aire conduciéndolo hacia el techo. Una capa de estos productos
se forma bajo el techo, que espesa y generalmente se hace más caliente con el tiempo. De esta
forma, se genera la capa de humo.
El flujo másico de humo existente en un penacho puede ser atribuido, casi en su totalidad, al aire
que entra a lo largo del mismo. El balance de masas aportado por el origen del fuego en sí es
insignificante en comparación con el flujo de aire que alimenta el penacho.
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Para poder ver la velocidad de producción de humos es necesario analizar las etapas de la
dinámica del incendio en un recinto cerrado.
Durante las fases iniciales del incendio, cuando la combustión está localizada, los productos de
la combustión serán progresivamente diluidos mientras ascienden verticalmente en el penacho
hasta que inciden en el techo (1) (2). En este momento los gases calientes fluirán
horizontalmente (3) hasta que encuentren una discontinuidad y puedan continuar su movimiento
ascendente ó, como es más frecuente, incidan contra una barrera vertical (una pared, por
ejemplo) provocando una capa de humos confinada entre el techo y las paredes del recinto (4).
Figura 6: Evolución del penacho
La velocidad a la que esta capa aumenta su espesor dependerá parcialmente de la velocidad de
combustión y predominantemente de la cantidad de aire que esté entrando en el penacho del
incendio.
Figura 7: Entrada de aire en el penacho
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Una aplicación típica de la velocidad con que la capa de humos aumenta de espesor es la
estimación de la velocidad de extracción de humos para evitar que los mismos alcancen
determinadas áreas de espacios públicos. El objetivo sería evitar que la capa de gases calientes
descendiera bajo una altura crítica (por ejemplo 2,5 m).
9.3.1
El penacho axisimétrico
El penacho axisimétrico es un penacho caracterizado por su simetría axial.
Este tipo de penacho se espera en incendios cuyo origen se da en el suelo, lejos de las paredes.
El aire es arrastrado por todos lados a los largo de toda su superficie y altura, hasta que el
penacho alcanza el techo.
Figura 8: Altura del penacho y altura de la zona luminosa
Se entiende zona luminosa como la parte visible desde el foco del fuego hacia el exterior, donde
se dan a cabo las reacciones de combustión.
La zona luminosa generalmente se define como la altura (Zl) en la cual la llama es observada al
menos el 50% del tiempo.
Para determinar la zona luminosa de un penacho axisimétrico se debe determinar el diámetro del
foco del fuego.
Se considera un diámetro pequeño si:
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Se considera un diámetro grande si:
Donde Qp es la parte convectiva de la tasa de liberación de calor de un fuego (kW) y ds el
diámetro de la fuente de fuego (m).
La altura de la zona luminosa sobre la base del fuego se determina mediante las siguientes
expresiones en función del diámetro del fuego:
Diámetro pequeño:
Diámetro grande:
Para casos en los que ds es pequeña en comparación con Zl se puede tomar la expresión
utilizada en los diámetros pequeños para los diámetros grandes.
Una vez definida la altura de la zona luminosa se puede calcular la velocidad con la que crece la
capa de humos.
Para Z > Zl se obtiene la siguiente expresión:
Donde M es la cantidad de aire que entra en el penacho (Kg/s), Z es la altura sobre la base del
fuego (m) y Z0 la distancia al origen virtual del incendio (m).
La ubicación del origen virtual se ha determinado exclusivamente para fuegos de combustibles
líquidos (pool fires). Para combustibles sólidos se considera que el valor Z0 es muy pequeño, por
lo que se puede tomar como cero (la fuente estará en la base del fuego exactamente), quedando
la siguiente expresión:
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9.3.2
El penacho de derrame
El penacho de derrame se da en aquellos escenarios de incendio en los que existen obstáculos,
es decir, que están cercanos a cerramientos o paredes y el humo se escapa por las aberturas
existentes en el habitáculo.
Para estos penachos se debe usar un planteamiento distinto al del penacho axisimétrico.
El balance horizontal de masas (Kg/s) viene dado por:
La cantidad de aire que entra en el penacho vertical por encima de la apertura es:
Donde wo es la anchura de la apertura (m), h0 es la altura de la apertura (m) y z es la altura del
penacho tomando como origen el punto más alto de la apertura (m).
Figura 9: Penacho de derrame, vista lateral y frontal
Se puede dar el caso en el que la apertura tenga un pequeño balcón o unas pantallas para
canalizar el humo. En esos casos las fórmulas anteriormente expuestas tienen una serie de
modificaciones que contemplan esos elementos. En nuestro proyecto no se da el caso que
comentamos, por lo que dichas fórmulas no serán explicadas.
Determinada la cantidad de aire que fluye horizontal y verticalmente queda por determinar la
velocidad con que esa capa de humos atraviesa la apertura y cual es su altura.
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La velocidad de la capa de humos que fluye bajo un techo a lo largo de una apertura de anchura
wc viene dada por:
Donde u es la velocidad de la capa (m/s), T es la temperatura del humo (K), To es la temperatura
ambiente (≈ 290 K), Cp es el calor específico del aire (≈ 1.02 kJ/Kg.K), ρ0 es la densidad del aire
(≈ 1.2 Kg/m3).
Suponiendo la conservación del calor queda:
Siendo M la entrada de aire (Kg/s) y d1 la profundidad de la capa.
Todas las fórmulas y ecuaciones aquí descritas están reconocidas internacionalmente y se han
aplicado en multitud de trabajos. Como novedad a aplicar en el presente estudio hemos decidido
aprovechar el trabajo realizado recientemente por los investigadores Roger Harrison y Michael
Spearpoint [HARR06] (Reino Unido y Nueva Zelanda respectivamente).
El trabajo consistió en analizar los métodos mas usados para la caracterización de los penachos
de derrame y compararlos con los resultados obtenidos en sus experimentos.
Un breve resumen del trabajo de Harrison y Spearpoint [HARR06] se muestra a continuación:
Existen varios métodos de cálculos simples para el penacho de derrame que son utilizados
actualmente por los diseñadores de sistemas de gestión de humo. Algunos de los métodos más
comúnmente usados son los siguientes:
- Law [LAW86]
- CIBSE [TM19]
- NFPA 92B [NFPA92]
Law [LAW86] desarrolló la siguiente fórmula para determinar el flujo másico de los gases
producidos por un penacho de derrame:
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Siendo Q la tasa total de liberación de calor (kW), hcomp la altura del entresuelo sobre la base de
la abertura del local (m), W la anchura del derrame (m) y z la altura de elevación del penacho por
encima del borde.
En la NFPA 92B [NFPA92] y el CIBSE [TM19] se incluyó una fórmula muy parecida a la
anteriormente descrita:
Harrison y Spearpoint [HARR06] llevaron a cabo una serie de trabajos experimentales y
compararon los datos obtenidos con los resultados procedentes de la aplicación de las dos
fórmulas anteriores para varios tamaños distintos de incendios.
En la figura se muestra el gráfico obtenido por las relaciones:
Siendo:
Los resultados obtenidos por Harrison y Spearpoint [HARR06] se muestran en el siguiente
gráfico:
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Figura 10: Tabla de resultados de Harrison y Spearpoint [HARR06]
Observando el gráfico (a escala 1:10) se observa que las fórmulas dan un valor inferior al
predicho para los valores del flujo másico en los casos en los que la altura del penacho es
relativamente baja (0,1 m aproximadamente, 1 m a escala real). Sin embargo, por encima de
alturas de 0,3 m (3 m a escala real), todos los métodos tienden a sobre-estimar este valor. La
pendiente de la línea que relaciona el flujo de gases con la altura del penacho es, por lo general,
mayor aplicando las fórmulas que en los experimentos realizados por Harrison y Spearpoint
[HARR06].
A partir de los experimentos realizados Harrison y Spearpoint [HARR06] obtuvieron la siguiente
expresión:
Siendo Mb el flujo másico en el borde del penacho (Kg/s)
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9.4
Temperatura del penacho
La temperatura media del penacho viene dada por la expresión:
Donde Tm es la temperatura media del penacho (K) y Cp es el calor específico del aire (≈ 1.02
kJ/Kg.K).
Conociendo que Qp es la porción de calor convectivo y viene dada por la expresión:
La fórmula que determina la temperatura del penacho queda como sigue:
Con esta ecuación se calcula la temperatura del penacho en el techo directamente sobre el eje
del origen del fuego. Este método se utiliza para calcular la temperatura de la capa de humos
general.
En relación a la temperatura del penacho, esta varía en función de la altura considerada del
mismo. No obstante, la máxima temperatura se alcanza en su eje central, como puede
observarse en el siguiente gráfico
Figura 11: Gráfica de temperaturas/distancia
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Asumiendo una distribución de temperaturas en forma de campana de Gauss la temperatura
axial quedaría definida:
Donde Tc es la temperatura axial (K).
En este documento no tendremos en cuenta la anterior fórmula e ignoraremos por tanto las
pérdidas de calor cuando el humo se extiende sobre el techo, por lo que nos quedaremos con la
expresión:
En los casos en los que los sistemas de extinción automática se activen se supone que el humo
será enfriado a temperaturas cercanas a los 100º C. En realidad es probable que el humo se
enfríe hasta llegar a valores cercanos a la temperatura de activación de los rociadores, lo que
hace que, al considerar un mayor valor de temperatura y mayor volumen de humo, estemos
sobre estimando los datos de salida y, por tanto, seamos más conservativos.
9.5
Tasa de producción de humo
El volumen de humo depende de la masa de humo producida y de su temperatura
Donde v es el volumen de humo (m3/s), ρ es la densidad del humo (Kg/m3), ρ0 es la densidad del
aire (≈ 1.2 Kg/m3); (ρ0 T0 = 352 Kg.K/m3).
Conociendo que Qp es la porción de calor convectivo y viene dada por la expresión:
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La fórmula que determina el volumen de humo queda como sigue:
Todos los apartados y fórmulas vistas hasta el momento son necesarios para comprender la
dinámica de un incendio y poder determinar la cantidad de humo que será necesario extraer de
un habitáculo para evitar que las condiciones de evacuación sean seguras.
Antes de establecer los requisitos de la extracción de humo es necesario explicar el
comportamiento del humo al llegar al techo, sus características y cómo influyen estas a la hora
de determinar el tiempo de activación de los sistemas de detección/extinción de incendios
previstos, es decir, calcular el tiempo de detección, que es parte fundamental del tiempo de
evacuación (ASET).
Ceiling jet:
Cuando el penacho procedente de un incendio llega a un techo comienza a desplazarse a lo
largo de este como si fuera un chorro, es lo que se denomina ceiling jet.
Es necesario conocer las características de este chorro con el fin de predecir el tiempo de
activación de los detectores y sistemas de extinción automática instalados en el techo.
Para un penacho axisimétrico bajo un techo no confinado el chorro tiene las siguientes
propiedades:
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Siendo:
- Q: tasa de liberación de calor (kW).
- r: distancia radial del elemento detector/sprinkler al eje del incendio (m).
- Tjet,t: temperatura del chorro en el instante t (K).
- T∞: temperatura del ambiente.
-
jet,t:
velocidad del chorro en el instante t (m/s).
- Z: distancia entre el techo y la base de las llamas (m).
Figura 12: Esquema de componentes del ceiling jet
Para calcular la respuesta térmica del detector/sprinkler instalado en el techo se deben aplicar
las siguientes expresiones:
Siendo:
- Tjet,t-∆t: temperatura del chorro en el instante t +∆t (K).
- TD,t: temperatura del detector en el instante t (K).
- RTI: índice de tiempo de respuesta.
- τ: factor tau.
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El RTI considera la capacidad del detector para absorber el calor y la capacidad del medio
ambiente para proporcionarlo. Nos indica la sensibilidad del equipo, es una medida de la rapidez
con que alcanza su temperatura de activación.
El factor tau es la medida de tiempo (en segundos) que es requerida para que elemento sensible
eleve tu temperatura al ser introducido en la corriente de aire caliente.
La normativa NFPA 13 [NFPA13] define el tiempo de respuesta para cada tipo de rociador
siendo los siguientes para cada tipo:
Tipo de rociador
RTI (m/s)½
Aprobación
Respuesta rápida
≤ 50
UL 199 QR, UL 1626, FM Class Series
Respuesta especial
50-80
VdS 2160 and ISO 6182-1
Respuesta normal
≥ 80
Todas
Tabla 1: valores de RTI en función del tipo de respuesta del rociador.
Establecidos los criterios y procedimientos para determinar el tiempo de activación de los
sistemas de detección y extinción de incendios quedan por definir los requisitos necesarios para
determinar la extracción del humo generado por el incendio.
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ANEXO 1
10
Anexo 1 – Datos de entrada/salida Escenario 1 (BRANZFIRE)
====================================================================
Description of Rooms
====================================================================
Room 1:
Room Length (m) =
Room Width (m) =
Maximum Room Height (m) =
Minimum Room Height (m) =
Floor Elevation (m) =
Room 1 has a flat ceiling.
16,00
16,00
3,00
3,00
0,000
Wall Surface is concrete
Wall Density (kg/m3) =
Wall Conductivity (W/m.K) =
Wall Emissivity =
Wall Thickness (mm) =
2300,0
1,200
0,50
100,0
Ceiling Surface is concrete
Ceiling Density (kg/m3) =
Ceiling Conductivity (W/m.K) =
Ceiling Emissivity =
Ceiling Thickness (mm) =
2300,0
1,200
0,50
100,0
Floor Surface is concrete
Floor Density (kg/m3) =
Floor Conductivity (W/m.K) =
Floor Emissivity =
Floor Thickness = (mm)
2300,0
1,200
0,50
100,0
====================================================================
Wall Vents
====================================================================
From room 1 to outside, Vent No 1
Vent Width (m) =
0,000
Vent Height (m) =
0,000
Vent Sill Height (m) =
0,000
Vent Soffit Height (m) =
0,000
Opening Time (sec) =
0
Closing Time (sec) =
0
====================================================================
Ceiling/Floor Vents
====================================================================
====================================================================
Ambient Conditions
====================================================================
Interior Temp (C) =
25,0
Exterior Temp (C) =
30,0
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Relative Humidity (%) =
65
====================================================================
Tenability Parameters
====================================================================
Monitoring Height for Visibility and FED (m) =
2,00
Occupant Activity Level =
Light
Visibility calculations assume:
reflective signs
FED Start Time (sec)
0
FED End Time (sec)
10000
====================================================================
Sprinkler / Detector Parameters
====================================================================
No thermal detector or sprinkler installed.
====================================================================
Mechanical Ventilation (to/from outside)
====================================================================
Mechanical Ventilation not installed in Room 1
====================================================================
Description of the Fire
====================================================================
Radiant Loss Fraction =
0,35
CO Yield pre-flashover(g/g) =
0,040
Soot Alpha Coefficient =
2,50
Smoke Epsilon Coefficient =
1,20
Smoke Emission Coefficient (1/m) =
0,80
Characteristic Mass Loss per Unit Area (kg/s.m2) =
0,011
Air Entrainment in Plume uses McCaffrey (default)
Burning Object No 1
Located in Room
Energy Yield (kJ/g) =
CO2 Yield (kg/kg fuel) =
Soot Yield (kg/kg fuel) =
HCN Yield (kg/kg fuel) =
Fire Height (m) =
Fire Location =
Time (sec)
0
1
2
3
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
MIPCI
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1
12,4
1,190
0,015
0,000
0,150
Centre
Heat Release (kW)
0
0
0
1
1
2
2
3
4
5
6
7
8
9
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28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
MIPCI
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11
12
14
15
17
19
21
23
25
27
29
32
34
37
40
42
45
48
51
54
58
61
64
68
71
75
79
83
87
91
95
99
104
108
113
118
122
127
132
137
142
147
153
158
164
169
175
181
187
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84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
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124
125
126
127
128
MIPCI
2011-2012
244
250
257
264
271
279
286
293
301
308
316
324
332
340
348
356
364
372
381
389
398
407
415
424
433
442
451
461
470
479
489
499
508
518
528
538
548
558
569
579
590
600
611
622
632
643
654
666
677
688
700
711
723
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140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
MIPCI
2011-2012
782
794
807
819
831
844
857
869
882
895
908
921
934
948
961
975
988
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
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1000
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195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
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236
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238
239
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241
242
MIPCI
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1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
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250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
MIPCI
2011-2012
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
120 de 130
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
====================================================================
Postflashover Inputs
====================================================================
Postflashover model is OFF.
====================================================================
Results from Fire Simulation
====================================================================
0 min
00 sec
(0 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0 min
10 sec
(10 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0 min
20 sec
(20 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0 min
MIPCI
2011-2012
Room 1
Outside
3,000
25,0
25,0
0,0
Room 1
Outside
2,969
26,0
25,0
4,7
Room 1
Outside
2,915
27,8
25,0
18,8
30 sec
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
121 de 130
(30 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0 min
40 sec
(40 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0 min
50 sec
(50 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1 min
00 sec
(60 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1 min
10 sec
(70 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1 min
20 sec
(80 sec)
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1 min
1 min
MIPCI
2011-2012
30 sec
(90 sec)
Room 1
Outside
2,848
30,3
25,0
42,3
Room 1
Outside
2,771
33,4
25,0
75,2
Room 1
Outside
2,687
37,0
25,0
117,5
Room 1
Outside
2,597
41,0
25,1
169,2
Room 1
Outside
2,504
45,4
25,1
230,3
Room 1
Outside
2,407
50,3
25,2
300,8
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
2,308
55,5
25,4
380,7
40 sec
(100 sec)
Room 1
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
122 de 130
1 min
2 min
2 min
2 min
2 min
2 min
2 min
MIPCI
2011-2012
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
2,200
60,9
25,6
470,0
50 sec
(110 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
2,081
66,3
25,9
568,7
00 sec
(120 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,951
71,9
26,2
676,8
10 sec
(130 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,812
77,9
26,6
794,3
20 sec
(140 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,664
85,2
27,0
921,2
30 sec
(150 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,512
92,4
27,6
1000,0
40 sec
(160 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,371
98,0
28,3
1000,0
50 sec
(170 sec)
Room 1
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
123 de 130
3 min
3 min
3 min
3 min
3 min
3 min
4 min
MIPCI
2011-2012
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,240
102,1
29,1
1000,0
00 sec
(180 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,118
105,2
30,1
1000,0
10 sec
(190 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
1,004
107,7
31,1
1000,0
20 sec
(200 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,898
109,9
32,3
1000,0
30 sec
(210 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,798
112,0
33,2
1000,0
40 sec
(220 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,705
113,7
34,2
1000,0
50 sec
(230 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,620
115,4
35,2
1000,0
00 sec
(240 sec)
Room 1
Layer (m)
0,541
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
124 de 130
4 min
4 min
4 min
4 min
4 min
5 min
5 min
MIPCI
2011-2012
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
116,9
36,4
1000,0
10 sec
(250 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,469
118,4
37,4
1000,0
20 sec
(260 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,403
119,8
38,3
1000,0
30 sec
(270 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,344
121,2
39,4
1000,0
40 sec
(280 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,292
122,6
40,4
1000,0
50 sec
(290 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,246
123,9
41,5
1000,0
00 sec
(300 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,207
125,3
42,7
1000,0
10 sec
(310 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
0,175
126,7
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
125 de 130
5 min
5 min
5 min
5 min
6 min
6 min
6 min
MIPCI
2011-2012
Lower Temp (C)
HRR (kW)
43,7
1000,0
20 sec
(320 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,154
128,2
44,7
1000,0
30 sec
(330 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,138
129,7
45,6
1000,0
40 sec
(340 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,124
131,1
46,4
1000,0
50 sec
(350 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,111
132,3
47,1
1000,0
00 sec
(360 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,100
133,3
47,7
1000,0
10 sec
(370 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,089
134,2
48,3
1000,0
20 sec
(380 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
0,078
135,1
48,8
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
126 de 130
HRR (kW)
6 min
6 min
6 min
7 min
7 min
7 min
7 min
MIPCI
2011-2012
1000,0
30 sec
(390 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,069
135,8
49,2
1000,0
40 sec
(400 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,060
136,5
49,7
1000,0
50 sec
(410 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,051
137,1
50,1
1000,0
00 sec
(420 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,043
137,7
50,4
1000,0
10 sec
(430 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,035
138,2
50,8
1000,0
20 sec
(440 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,026
138,7
42,1
1000,0
30 sec
(450 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,018
139,3
39,4
1000,0
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
127 de 130
7 min
7 min
8 min
8 min
8 min
8 min
8 min
MIPCI
2011-2012
40 sec
(460 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,010
139,9
39,4
1000,0
50 sec
(470 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
140,4
39,6
1000,0
00 sec
(480 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
140,8
39,8
1000,0
10 sec
(490 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
141,3
39,9
1000,0
20 sec
(500 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
141,7
40,1
1000,0
30 sec
(510 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
142,0
40,2
1000,0
40 sec
(520 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
142,4
40,4
1000,0
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
128 de 130
8 min
9 min
9 min
9 min
9 min
9 min
9 min
50 sec
(530 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
142,7
40,5
1000,0
00 sec
(540 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
143,0
40,7
1000,0
10 sec
(550 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
143,3
40,9
1000,0
20 sec
(560 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
143,6
41,0
1000,0
30 sec
(570 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
143,9
41,1
1000,0
40 sec
(580 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
144,1
41,3
1000,0
50 sec
(590 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
144,4
41,4
1000,0
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
Outside
10 min 00 sec
MIPCI
2011-2012
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
129 de 130
(600 sec)
Room 1
Layer (m)
Upper Temp (C)
Lower Temp (C)
HRR (kW)
0,005
144,6
41,6
1000,0
Outside
====================================================================
Event Log
====================================================================
====================================================================
Summary of End-Point Conditions in Room of Fire Origin
====================================================================
FED Narcotic Gases (incap) Exceeded 0,3 at 585,0 Seconds.
FED thermal (incap) exceeded 0,3 at 244,0 Seconds.
An Upper Layer Temperature of 600 deg C Not Reached.
Visibility at 2m above floor reduced to 10 m at 117,0 Seconds.
Temperature at 2m above floor has reached 80 deg C at 133,0 Seconds.
====================================================================
Initial Time-Step = 1,00 seconds.
Computer Run-Time = 27,6 seconds.
====================================================================
MIPCI
2011-2012
Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI
Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián
Ramírez Cifuentes
130 de 130