Compatiblidad entre Control de Humos y ESFR: hacia un diseño adecuado

El objetivo del requisito básico “Seguridad en caso de incendio” consiste en reducir a límites aceptables el riesgo de que los usuarios de un edificio sufran daños derivados de un incendio de origen accidental, como consecuencia de las características de su proyecto, construcción, uso y mantenimiento. 

La interacción de los SCTEH de tiro natural con los rociadores del tipo ESFR genera controversias desde el momento en el que la normativa española obliga la instalación de los sistemas de control de humos, preferiblemente de tiro natural. Este debate se ha acentuado por la creciente demanda de rociadores ESFR a medida que éstos se han ido dando a conocer en nuestro país.

El departamento de Fire Modeling de Cottés ha realizado en los últimos años multitud de estudios de simulación de incendios en los que se incluyen las citadas medidas de protección contra incendios, cuyos resultados han ido conformado una opinión al respecto de esta tesitura.

En este caso se concluye que la coexistencia de los SCTEH y los rociadores ESFR no solo es posible sino necesaria para conseguir aumentar el nivel de seguridad equivalente del establecimiento. Sin embargo, la singularidad de la instalación de los ESFR hace que las situaciones a las que se enfrente el SCTEH se salgan de lo común y por tanto su diseño debiera abordarse de manera más cuidadosa para conseguir los objetivos que protección que se persiguen.

Seguidamente se destacan tres aspectos fundamentales a tener en cuenta para lograr un rendimiento óptimo en el funcionamiento conjunto de los SCTEH y ESFR:

1) Capacidad para la gestión de los humos fríos

La actuación de un rociador ESFR produce un enfriamiento de la capa de humos mucho más acentuado que el generado por la activación de un rociador de control, dada la enorme diferencia tanto en el caudal que liberan como en el tamaño de las partículas de agua que producen. En los valores de temperatura también tiene una incidencia directa la curva de liberación de potencia que genera el incendio y cuyo valor máximo viene limitado, en la mayor parte de ocasiones, cuando actúa el primer rociador ESFR.

Así pues, cuando se realiza el diseño de un SCTEH que vaya a coexistir con rociadores ESFR hay que tener en cuenta una capa de humos resultante con una temperatura media baja, por debajo de la temperatura de tarado de su fusible. Esta situación dificulta el funcionamiento del SCTEH de tiro natural pero desde luego no lo inutiliza.

Figura 1. Temperatura de los gases contenidos en la capa de humos ante ESFR K17 y fusible a 74ºC

2) Nivel de confinamiento limitado

El confinamiento total de los humos en el interior del depósito afectado es en ocasiones un hito demasiado exigente para el SCTEH además de ser prescindible para la consecución de los objetivos que se persigue con la inclusión de este sistema en un establecimiento, lo cual se matiza posteriormente.

Entre los factores que dificultan el confinamiento de los humos por parte de las cortinas que delimitan los diferentes depósitos se encuentran la velocidad con la que estos alcanzan el citado límite y en especial su temperatura. Tal como se ha descrito anteriormente, cuando se cuenta con una instalación de rociadores ESFR se genera una capa de humos fría, lo que dificulta no sólo su extracción sino su confinamiento.

La inclusión de las cortinas compartimentadoras como elemento del SCTEH tiene como misión principal evitar la extensión de los humos a toda la superficie del establecimiento por pérdida de flotabilidad que derive en una estratificación con consecuencias graves sobre las condiciones ambientales sobre las vías de evacuación y por ende a sus ocupantes.

Además, en el caso de un SCTEH multidepósito donde se pretende utilizar los exutorios de los depósitos no afectados por el incendio para reemplazar el aire, la compartimentación mediante cortinas fijas juega un papel fundamental para determinar qué aireadores contribuyen a la evacuación de humo y cuáles al reemplazamiento de aire, dado que en la vertical de aquellos exutorios donde se presente un gradiente de temperatura positivo por la presencia de capa de humos se establecerá un caudal saliente por cuestiones de empuje térmico. Si la mayor parte de aireadores contribuyen a la evacuación de humo probablemente la capacidad de reemplazamiento de aire será insuficiente para mantener el tiro del sistema, hasta que de manera espontánea y para equilibrar la situación, parte de los exutorios que extraen invertirán el sentido de su flujo introduciendo aire pese a tener capa de humos en su vertical. Esta circunstancia implica el empuje hacia las cotas bajas del establecimiento de parte de la capa de humos, deteriorando de nuevo las condiciones ambientales. En definitiva, una deficiente capacidad de confinamiento de los humos termina por afectar a las condiciones ambientales sobre las vías de evacuación y por tanto alejaría al SCTEH de cumplir los objetivos de garantizar una evacuación segura de los ocupantes y servir de ayuda a las operaciones de lucha contra incendios por medio de los cuerpos de bomberos.

De forma habitual, pero especialmente en presencia de ESFR, debe exigirse al SCTEH una capacidad de confinamiento tal que los humos que puedan escaparse del depósito afectado no supongan un riesgo para mantener las condiciones ambientales dentro de los márgenes de salubridad. No debe ser una preocupación que la inercia de funcionamiento de los rociadores ESFR haga que una cierta cantidad de humos pase a los depósitos adyacentes, porque esto no implica unívocamente que el SCTEH no contribuya a la consecución de los objetivos para los que se incluye en el establecimiento.

Seguidamente se adjunta una figura donde se muestra una vista en planta de una nave de tratamiento de residuos, con una instalación de rociadores ESFR K25 con una temperatura de tarado de fusible de 101ºC. Se aprecia que el humo se confina en el depósito afectado y también en los dos depósitos auxiliares con lo que éste comparte lado, permitiendo mantener gran parte de las cotas altas de la nave libre de humos e inalteradas las condiciones ambientales de las vías de evacuación de todo el establecimiento, a excepción del entorno directo del foco de incendio.

Figura 2. Masa de humos confinada en el depósito afectado y depósitos adyacentes

3) Apertura automática del SCTEH

Parece lógico que cuando el objetivo principal en un establecimiento sea la protección de los bienes que allí se contienen/almacenan se priorice la actuación del sistema de rociadores de forma que se limite la superficie afectada por la combustión. Tras la consecución de este hito debe producirse la activación del SCTEH previsto para la gestión de los humos que genera el incendio resultante tras la acción de los rociadores.

Tal como se ha indicado anteriormente, los SCTEH se diseñan teniendo en cuenta la disponibilidad de una superficie determinada que realice la función de reemplazamiento de aire y que garantice el correcto funcionamiento del sistema. En especial en un SCTEH multidepósito si se realiza la apertura de los aireadores de manera manual cuando se produzca la llegada del servicio de bomberos o se implementan retardos de tiempo elevados, es posible que para el momento en el que entre en funcionamiento el SCTEH ya no lo haga bajo las condiciones de diseño por haberse extendido la masa de humos a toda o la gran mayoría de superficie del establecimiento. Así pues, sería idóneo establecer en fase de diseño cuándo es el momento óptimo para la apertura de un SCTEH.

Uno de los argumentos que suele esgrimirse para retardar lo máximo posible la apertura del SCTEH, es el que sostiene que puede impedir la apertura de los rociadores requeridos para controlar/suprimir el incendio. Esta afirmación resulta cuando menos cuestionable en el caso de un establecimiento con presencia de ESFR, entre otros motivos porque la actuación de uno solo de estos rociadores genera un nivel de enfriamiento tal a su alrededor que de por sí dificulta o impide la activación de más unidades. Seguidamente se adjunta una gráfica donde se muestra la evolución en la temperatura de los fusibles de una serie de rociadores ESFR situados en el entorno próximo del foco de incendio, donde se aprecia como cuando se activa el primer rociador las temperaturas del resto de fusibles descienden bruscamente:

Gráfica 1. Evolución de la temperatura de los fusibles de rociadores ESFR (en rojo rociador activo)

Lógicamente no se está afirmando que en una instalación de ESFR se activa siempre un único rociador. Existen algunas situaciones donde es fácil que se produzca el accionamiento de más de un rociador, entre las que destacan:

a)  En la vertical del incendio se tienen dos unidades a una distancia similar y se activan prácticamente de manera simultánea

b)  La situación relativa del rociador con respecto a la superficie afectada por la combustión hace que la incidencia del agua sobe ella no sea óptima, posibilitando que el incendio continúe desarrollándose.

Ante este último caso, las temperaturas en la vertical del incendio van a ser muy elevadas dado que el incendio ha continuado su desarrollo tras la activación del primer rociador. El hecho de tener el SCTEH abierto apenas modifica el perfil de temperaturas en la zona de incidencia directa o cuasi directa del penacho y por ello no retrasa la activación del segundo rociador de manera significativa.

Resumen

Cuando se realiza el diseño de un SCTEH que va a coexistir con un sistema de rociadores ESFR es necesario tener en cuenta que debemos gestionar humos fríos, delimitar correctamente la compartimentación en depósitos con el objetivo de mantener las vías de evacuación libres de “humos”, y definir una secuencia de activación adecuada entre el sistema de sprinklers y el sistema de control de humos.

¿Existe incompatibilidad entre rociadores ESFR y SCTEH?: ninguna, debe realizarse un correcto diseño mediante técnicas de ingeniería avanzada de simulación de incendios.

El objetivo de las instalaciones de protección en su conjunto es aumentar en nivel de seguridad del establecimiento, esto es, reducir el nivel de riesgo.

¿Se puede confinar el humo en presencia de ESFR?: se puede y se debe, mediante una correcta compartimentación en el foco del incendio y depósitos auxiliares.

¿Se deben activar los rociadores antes que el SCTEH?: En nuestra opinión NO. Los SCTEH deben activarse según sus condiciones de diseño, con el objetivo de limitar la presencia de humos en las vías de escape y garantizar la correcta evacuación de los ocupantes.