Tamaño óptimo para depósitos de humo en el diseño de SCTEH: simulación vs método tradicional

La inhalación del humo es la causa primaria de asfixia y muerte en las víctimas de los incendios. El humo mata por intoxicación debido a sus componentes tóxicos, como el monóxido de carbono y las pequeñas partículas sólidas que taponan los alveolos pulmonares y asfixian a la víctima.

Los SCTEH, Sistemas de Control de Temperatura y Evacuación de Humos de Incendio gestionan un fluido, el humo, permitiendo disponer de zonas libres de humos por debajo de la capa de humos.

Para diseñar un SCTEH se tienen que resolver las ecuaciones diferenciales que gobiernan su comportamiento, y que se agrupan en 3 categorías:

• Ecuación de conservación de la energía
• Ecuación de conservación de la masa
• Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento

Para la resolución del anterior conjunto de ecuaciones se dispone de dos procedimientos numéricos que se denominan, modelos de zona y modelos de campo.

Ambos procedimientos se basan en la técnica de “Volúmenes Finitos” para la resolución de ecuaciones. Esta técnica se basa en dividir el Volumen de Control en volúmenes de menor tamaño y en cada uno de ellos realizar la resolución de las ecuaciones diferenciales indicadas anteriormente. Posteriormente, y a partir de la solución de cada uno de los volúmenes de menor tamaño, se compone la solución general del Volumen de Control

La norma UNE 23.585, usa el método de las regiones de diseño aplicando modelos de zona para resolver el comportamiento  de los humos, pero de manera “rudimentaria”, ya que divide el volumen de control en sólo 5 volúmenes o regiones, incendio-penacho-depósito de humos-entrada de aire-agentes externos(viento).

La aplicación y uso de simulación de incendios para el diseño de SCTEH, se basa en modelos de campo frente a modelos de zona.

En el ámbito de los Modelos de Campo, uno de los programas más reconocidos es el FDS (Fire Dynamics Simulator), en el que la división del Volumen de Control en volúmenes de menor tamaño no tiene ningún límite. Como media solemos dividir los volúmenes de control en un mínimo de 10.000.000 de volúmenes menores, frente a los 5 de la UNE 23.585.

La pérdida de precisión que implica el uso de sólo 5 zonas se minimiza mediante la inclusión de las PRESCRIPCIONES (por ejemplo, en el caso del volumen o región “depósito de humos”, limitando su tamaño a 2.000 m²). Quiere decir esto, que las prescripciones en cada región de diseño tienen como finalidad limitar de alguna manera la pérdida de precisión que tiene el método de cálculo que ofrece la Norma UNE 23585 (como ejemplo de pérdida de precisión, el hecho de considerar el depósito de humos como un solo volumen, hace que se considere que toda la capa de humos está a una misma temperatura, lo cual es completamente falso).

Así pues, la precisión de la solución aplicando simulación de incendios permite verificar las prestaciones en lo relativo al tamaño del depósito y cumplir con las exigencias de la UNE 23.585:

“El depósito no debe ser demasiado grande como para que la pérdida de flotabilidad debida al enfriamiento dé lugar a una filtración gradual de humos hacia abajo desde la capa flotante dentro del aire inferior, impidiendo la visibilidad y disminuyendo la eficacia de los aireadores de extracción de humos.”

Se debe verificar que el tamaño del depósito no produce desestratificación de los humos y consigue que todos los exutorios de cubierta contribuyan a la evacuación de humos. Se deben estudiar las condiciones ambientales sobre las vías de evacuación, de forma que se verifique que no hay alteración de ninguno de los parámetros evaluados y por tanto no hay desestratificación relevante. Por otro lado se debe estudiar el gasto másico de los exutorios del depósito afectado verificándose que todos los aireadores evacúan humo y además con un rendimiento muy similar.

Conclusión:

El uso de herramientas avanzadas de simulación de incendios para el diseño de SCTEH permite obtener sistemas más eficientes para la gestión de los humos, y con una precisión millones de veces mayor que mediante el método de las regiones de diseño de la norma UNE 23.585. Además permite que se puedan verificar de manera precisa todas las prestaciones de la norma UNE 23.585.

En el caso concreto de los depósitos de humos, aconsejamos limitar el tamaño del mismo en el entorno de los 3.000 m², para garantizar las prestaciones que indica la norma y la seguridad de los ocupantes.