Cálculo de accionamiento de un SCTEH en modo emergencia/ventilación

A partir de la publicación de la última revisión de la norma de diseño de las instalaciones de control de humos UNE-23585, dónde se adoptó una mayor concienciación en relación con la importancia de dimensionar correctamente la carga de nieve que debían poder vencer los aireadores en caso de emergencia, dio lugar a un replanteamiento del tipo de cuadros de la mayoría de las empresas y, sobre todo, de las presiones de trabajo que solíamos considerar hasta entonces.

Para que el diseño de una instalación SCTEH esté completo y garantice su funcionamiento no basta con que el aireador esté correctamente diseñado e identificado en su marcado CE, sino que se tiene que dimensionar igualmente el sistema de accionamiento y control que lo hará funcionar posteriormente de tal forma que sea capaz de proporcionar la presión necesaria para que, en caso de emergencia, los aireadores abran con la carga de nieve máxima prevista y en el tiempo máximo permitido. En este punto, es donde una instalación de control de humos adopta la máxima importancia y requiere del conocimiento necesario para dimensionar un sistema de accionamiento acorde a las necesidades de esfuerzo necesario para abrir el aireador en sus condiciones de diseño. De nada sirve dimensionar conforme a CTE la carga de nieve que debe cumplir un aireador si finalmente no se le abastece y se garantiza la presión de aire suficiente.

Hasta fecha, la norma de instalación de los sistemas de control de humos UNE 23584 no considera un procedimiento de cálculo estandarizado que permita dimensionar la instalación neumática de un sistema de control de humos, tan solo indica que se deberán dimensionar en función de sus necesidades y poco más. Desde el grupo de trabajo de control de humos de Tecnifuego, del que formamos parte activa en la revisión de las distintas normas de control de humos, se está trabajando actualmente en la revisión de la norma UNE 23584 con la intención de regular y aclarar, entre en otros aspectos, el correcto dimensionado neumático de una instalación.

Mientras se define el procedimiento de cálculo y se publica la revisión de la nueva UNE 23584, consideramos de suma importancia hacer hincapié en este sentido y solicitar a las empresas instaladoras un cálculo específico de presiones que garantice el funcionamiento de la instalación en el caso de tener que vencer la carga de nieve que se exija en cada caso.

A continuación, exponemos el procedimiento de cálculo que desde Cottés empleamos y con el que venimos trabajando desde hace unos años, que se ha tomado como referencia en el grupo de trabajo de control de humos para su análisis y mejora llegado el caso. 

Paso 1. Obtener el volumen de la instalación y determinar la simultaneidad de actuación

En el caso del circuito neumático se consideran los diámetros interiores de tuberías y su longitud.

En el caso de los aireadores se selecciona el volumen (litros) indicado por el fabricante. En su defecto y para el ejemplo propuesto se calcula con el diámetro del vástago, émbolo y la longitud que este se desplaza. Además, se debe determinar los aireadores que deben maniobrarse simultáneamente en caso de emergencia o bien según la funcionalidad de ventilación requerida.

En el ejemplo a proponer se considera un SCTEH formado por 2 grupos de 25 aireadores de una compuerta (se dividen en 2 depósitos de humo diferentes) y la finalidad de la instalación es apertura y cierre en caso de emergencia y ventilación natural diaria en 2 zonas independientes no simultáneas. El aporte de aire de reemplazamiento se prevé por los aireadores del depósito de humos no afectado por el incendio, por lo que en caso de incendio abrirán simultáneamente los 50 aireadores.

Paso 2. Identificar las presiones de actuación

Se debe tener en cuenta la carga de nieve apropiada para la ubicación del establecimiento. En este caso, el fabricante indica una presión de 20 bar para apertura en caso de emergencia bajo la carga de nieve correspondiente.

En modo ventilación o cierre y apertura sin carga de nieve se indica una presión necesaria en los cilindros de 6,5 bar.

Paso 3. Cálculo de la apertura en caso de emergencia con CO2

En nuestro ejemplo se considera 1 única zona de alarma, pero se proponen 2 salidas o agrupaciones en que el volumen total (circuito neumático más cilindros) de una de ellas es ligeramente superior al haber mayor metraje de tubería neumática. El volumen total del grupo 2 es; Vgrupo2 = 66,30 l. Y para determinar los gramos de CO2 necesarios para dicha agrupación existen varios procedimientos similares:

1. Utilizar ábacos de fabricantes

Se observa que con 1000gr se obtienen 25,4 litros, por lo que se necesitarán 3000gr. aprox. para disponer de un volumen superior a Vgrupo2 = 66,30 l.

2. Utilizar tablas de fabricantes

Se observa que a temperatura ambiente 20ºC con 2 botellines de 1500 gr. el volumen es superior a los 66,30 l. requeridos.

3. Utilizar diagramas de fabricantes

Se estima que a temperatura ambiente 20ºC con 3000gr se obtienen 75 litros aprox. Además, se observa que el diagrama es una orientación con cierta tolerancia respecto a la tabla anterior.

4. Disponer de los diferentes valores del volumen de CO2 (l/mol) a distintas presiones a temperatura ambiente estimada en 20ºC

Isothermal Data for T = 293.00 K (http://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/)

Dado que una molécula de CO2 está compuesta por un átomo de carbono y 2 de oxígeno, tenemos que la masa de dicha molécula (según las uds. que indica la tabla periódica) es de 44,01 gr/mol. Por lo que en nuestro ejemplo que preveíamos unos 3.000gr. de CO2, tendremos 3000g (1mol/44,01) = 68,16 mol. Con los que con 3.000 gr. disponemos de 73,52 l. a 20 bar, siendo superior a los 66,30 l. requeridos.

Ahora bien, para un volumen total de ambos grupos (66,16 l. + 66,30 l.) =132,46 l, serían necesarios aprox. 6000gr.

Paso 4. Cálculo de cierre y apertura sin carga de nieve

Para ello se considera la presión de servicio/tarado del compresor como estimación de la presión inicial p0.

Aplicamos la Ley de Boyle (Al ser temp. y masa constantes).

p0·Vcalderín = p1 · (Vcalderín+Vinstalación)

p1 = (p0·Vcalderín)/ (Vcalderín+Vinstalación)

Debido a las caídas de presión en las tuberías en función del dimensionado de la instalación y ante la posibilidad fugas, se recomienda aplicar un factor de corrección.