ESTUDIO DE LA EVACUACIÓN DE OCUPANTES Y CONTROL DE HUMO … · Estudio de la evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián Ramírez Cifuentes 4 de

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

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

4 de 130 MIPCI

2011-2012

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

Máster en Ingeniería de Protección contra Incendios – MIPCI Estudio de evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián Ramírez Cifuentes

5 de 130 MIPCI

2011-2012


6 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


7 de 130 MIPCI

2011-2012

ÍNDICE

1 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

2 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 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

3 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 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

4 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


8 de 130 MIPCI

2011-2012

4.3.4 Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2a ..............................................67 4.3.5 Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2b ..............................................70

5 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

8.1 Sistemas de detección automática de incendios..........................................................84 8.2 Sistemas de extinción de incendios mediante agua nebulizada ..................................91

9 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

10 Anexo 1 – Datos de entrada/salida Escenario 1 (BRANZFIRE) .....................................114


9 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


10 de 130 MIPCI

2011-2012

Figura 1: Sección general del edificio y distribución


11 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


12 de 130 MIPCI

2011-2012

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


13 de 130 MIPCI

2011-2012

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 7: Vista escaleras desde terraza

Fotografía 8: Vista general 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.


14 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


15 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


16 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


17 de 130 MIPCI

2011-2012

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


18 de 130 MIPCI

2011-2012

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


19 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


20 de 130 MIPCI

2011-2012

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


21 de 130 MIPCI

2011-2012

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]


22 de 130 MIPCI

2011-2012

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]


23 de 130 MIPCI

2011-2012

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


24 de 130 MIPCI

2011-2012

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


25 de 130 MIPCI

2011-2012

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


26 de 130 MIPCI

2011-2012

Figura 18: Detalle ocupación total de humos en zona superior de atrio

Figura 19: Detalle ocupación total de humos en planta primera


27 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


28 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


29 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


30 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


31 de 130 MIPCI

2011-2012

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


32 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


33 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


34 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


35 de 130 MIPCI

2011-2012

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


36 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


37 de 130 MIPCI

2011-2012

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


38 de 130 MIPCI

2011-2012

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


39 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


40 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


41 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


42 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


43 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


44 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


45 de 130 MIPCI

2011-2012

- 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:


46 de 130 MIPCI

2011-2012

CRITERIO VALOR OBSERVACIÓN Altura de capa libre

de humos en rutas de evacuación

2,5 m UNE 23585: 2004

PD 7974-6 Humo por encima de

los ocupantes

Temperatura de la capa de humos en

rutas de evacuación 200º C

UNE 23585: 2004

PD 7974-6

Calor emitido (radiación)

< 2,5 KW/m2

2,5 KW/ m2

10 KW/ m2

Tiempo de exposición > 5 min.

Tiempo de exposición 30 seg.

Tiempo de exposición 4 seg.

Calor emitido (convección)

< 60º C (100% saturación)

100º C (< 10% saturación)




Tiempo de exposición > 30

min.

Tiempo de exposición 8 min.




Visibilidad ≥ 10 m

≥ 5 m

En recintos amplios

En recintos pequeños

CATEGORÍA Máxima concentración de

CO (ppm para evitar asfixia)

OBSERVACIÓN

Ocupantes a través del

humo

Combustible

(> 2% Nitrógeno)

Combustible

(< 2% Nitrógeno)

800

125

1200

275

Exposición de 5 min.




Tabla 1: Criterios de eficacia


47 de 130 MIPCI

2011-2012

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


48 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


49 de 130 MIPCI

2011-2012

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).


50 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


51 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


52 de 130 MIPCI

2011-2012

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

Superficie máxima de incendio 8 m2

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).


53 de 130 MIPCI

2011-2012

La curva de ensayo construida con estos criterios quedaría como sigue:

Figura 40: Curva de cálculo propuesta para incendio en oficina


54 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


Generación máxima de calor por unidad de superficie 250 kW/m2

Superficie máxima de incendio 8 m2

Liberación máxima de calor 2000 kW

Tabla 3: Datos de entrada escenario 2a


55 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


56 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


Generación máxima de calor 4.000 kW

Tabla 4: Datos de entrada escenario 2b


57 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


58 de 130 MIPCI

2011-2012

- 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.


59 de 130 MIPCI

2011-2012

4.3.1 Tiempo anterior al movimiento

En este apartado se describe como se han calculado los tiempos de detección y alerta y de pre-movimiento, 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


60 de 130 MIPCI

2011-2012

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


61 de 130 MIPCI

2011-2012

- 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


62 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


63 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


64 de 130 MIPCI

2011-2012

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


65 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


66 de 130 MIPCI

2011-2012

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


67 de 130 MIPCI

2011-2012

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

Usu

ario

s en

pla

ntas

por

enc

ima

o po

r deb

ajo

del i

ncen

dio

(situ

ació

n de

pel

igro

)

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).


68 de 130 MIPCI

2011-2012


Activation time 127 s

Fire size 758,063 kW

Figura 57: Detalle resultados escenario 2a


Como postura conservadora adoptaremos de manera general un valor de 1 minuto como tiempo de premovimiento al igual que en el escenario 1.


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


69 de 130 MIPCI

2011-2012

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:




TOTAL = 88 segundos

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


88 segundos

Usu

ario

s en

esc

enar

io d

e in

cend

io

(situ

ació

n de

pel

igro

)


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).


70 de 130 MIPCI

2011-2012

4.3.5 Cálculo del tiempo de evacuación – Escenario 2b


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).


Considerado en el apartado anterior.


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:




TOTAL = 88 segundos

Se muestra a continuación el tiempo total de evacuación para el escenario de incendio nº 2b:


71 de 130 MIPCI

2011-2012

Tiempo de detección, alerta y premovimiento

90 segundos


88 segundos

Usu

ario

s en

esc

enar

io d

e in

cend

io (s

ituac

ión

de

pelig

ro)


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).


72 de 130 MIPCI

2011-2012

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


73 de 130 MIPCI

2011-2012

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


74 de 130 MIPCI

2011-2012

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)


75 de 130 MIPCI

2011-2012

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


76 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


77 de 130 MIPCI

2011-2012

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”.


78 de 130 MIPCI

2011-2012

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 ρ Kg/m3 1,20 Gravedad g m/s2 9,81 Altura libre de humo z m 9,90 Ancho de apertura frontal wo m 30,00 Altura de apertura frontal ho m 2,5 Tasa de crecimiento α kW/s2 0,047 Tiempo de actuación rociadores t s 127 Tasa de liberación de calor convectivo (α.t2) Qc kW 1000

Tabla 8: Datos de entrada escenario 2a

Aplicando las fórmulas anteriormente mencionadas obtenemos:

Denominación Signo Unidades Valor Balance horizontal de masas Mb Kg/s 24,87 Masa de humo producida M Kg/s 258,68

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


79 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


80 de 130 MIPCI

2011-2012

Los datos de los que disponemos son:

Criterio Signo Unidades Valor Calor específico del aire Co KJ/Kg.K 1,02 Temperatura ambiente To º C 25 Densidad del aire ρ Kg/m3 1,20 Gravedad g m/s2 9,81 Altura libre de humo z m 9,90 Tasa de crecimiento α kW/s2 0,047 Tasa de liberación de calor convectivo (α.t2) Qc kW 4000

Tabla 11: Datos de entrada escenario 2b

Aplicando la fórmula anteriormente mencionada obtenemos:

Denominación Signo Unidades Valor Masa de humo producida M Kg/s 58,89 Temperatura media del penacho Tm ºC 91,59 Flujo de extracción requerido Vout m3/s 188,45

Tabla 12: Resultados escenario 2b


81 de 130 MIPCI

2011-2012

6 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:


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.


82 de 130 MIPCI

2011-2012

Escenario 2b:


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.


83 de 130 MIPCI

2011-2012

BIBLIOGRAFÍA

7 Bibliografía

[AIFD99] “An Introduction to Fire Dynamics”, 3rd Edition. 1999

[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.

[LAW86] Law, M., “A Note on Smoke Plumes from Fires in Multi-Level Shopping Malls,” Fire Safety Journal, 10, p. 197, 1986.

[NFPA13] NFPA13. Standard for the Installation of Sprinkler Systems, 2010 Edition.

[NFPA92] NFPA 92: Standard for Smoke Control Systems, 2012 Edition

[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 buildings. Human factors: Life safety strategies - Occupant evacuation, behaviour and condition.

[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


84 de 130 MIPCI

2011-2012

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


85 de 130 MIPCI

2011-2012

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.).


86 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


87 de 130 MIPCI

2011-2012

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


88 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


89 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


90 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


91 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


92 de 130 MIPCI

2011-2012

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


93 de 130 MIPCI

2011-2012

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


94 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


95 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


96 de 130 MIPCI

2011-2012

- 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


97 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


98 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


99 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


100 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


101 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


102 de 130 MIPCI

2011-2012

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


103 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


104 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


105 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


106 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


107 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


108 de 130 MIPCI

2011-2012

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)


109 de 130 MIPCI

2011-2012

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


110 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


111 de 130 MIPCI

2011-2012

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:


112 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


113 de 130 MIPCI

2011-2012

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.


114 de 130 MIPCI

2011-2012

ANEXO 1

10 Anexo 1 – Datos de entrada/salida Escenario 1 (BRANZFIRE)

==================================================================== Description of Rooms ==================================================================== Room 1: Room Length (m) = 16,00 Room Width (m) = 16,00 Maximum Room Height (m) = 3,00 Minimum Room Height (m) = 3,00 Floor Elevation (m) = 0,000 Room 1 has a flat ceiling. Wall Surface is concrete Wall Density (kg/m3) = 2300,0 Wall Conductivity (W/m.K) = 1,200 Wall Emissivity = 0,50 Wall Thickness (mm) = 100,0 Ceiling Surface is concrete Ceiling Density (kg/m3) = 2300,0 Ceiling Conductivity (W/m.K) = 1,200 Ceiling Emissivity = 0,50 Ceiling Thickness (mm) = 100,0 Floor Surface is concrete Floor Density (kg/m3) = 2300,0 Floor Conductivity (W/m.K) = 1,200 Floor Emissivity = 0,50 Floor Thickness = (mm) 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


115 de 130 MIPCI

2011-2012

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 1 Energy Yield (kJ/g) = 12,4 CO2 Yield (kg/kg fuel) = 1,190 Soot Yield (kg/kg fuel) = 0,015 HCN Yield (kg/kg fuel) = 0,000 Fire Height (m) = 0,150 Fire Location = Centre Time (sec) Heat Release (kW) 0 0 1 0 2 0 3 1 5 1 6 2 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 7 13 8 14 9


116 de 130 MIPCI

2011-2012

15 11 16 12 17 14 18 15 19 17 20 19 21 21 22 23 23 25 24 27 25 29 26 32 27 34 28 37 29 40 30 42 31 45 32 48 33 51 34 54 35 58 36 61 37 64 38 68 39 71 40 75 41 79 42 83 43 87 44 91 45 95 46 99 47 104 48 108 49 113 50 118 51 122 52 127 53 132 54 137 55 142 56 147 57 153 58 158 59 164 60 169 61 175 62 181 63 187 64 193 65 199 66 205 67 211 68 217 69 224 70 230 71 237


117 de 130 MIPCI

2011-2012

72 244 73 250 74 257 75 264 76 271 77 279 78 286 79 293 80 301 81 308 82 316 83 324 84 332 85 340 86 348 87 356 88 364 89 372 90 381 91 389 92 398 93 407 94 415 95 424 96 433 97 442 98 451 99 461 100 470 101 479 102 489 103 499 104 508 105 518 106 528 107 538 108 548 109 558 110 569 111 579 112 590 113 600 114 611 115 622 116 632 117 643 118 654 119 666 120 677 121 688 122 700 123 711 124 723 125 734 126 746 127 758 128 770


118 de 130 MIPCI

2011-2012

129 782 130 794 131 807 132 819 133 831 134 844 135 857 136 869 137 882 138 895 139 908 140 921 141 934 142 948 143 961 144 975 145 988 146 1000 147 1000 148 1000 149 1000 150 1000 151 1000 152 1000 153 1000 154 1000 155 1000 156 1000 157 1000 158 1000 159 1000 160 1000 161 1000 162 1000 163 1000 164 1000 165 1000 166 1000 167 1000 168 1000 169 1000 170 1000 171 1000 172 1000 173 1000 174 1000 175 1000 176 1000 177 1000 178 1000 179 1000 180 1000 181 1000 182 1000 183 1000 184 1000 185 1000


119 de 130 MIPCI

2011-2012

186 1000 187 1000 188 1000 189 1000 190 1000 191 1000 192 1000 193 1000 194 1000 195 1000 196 1000 197 1000 198 1000 199 1000 200 1000 201 1000 202 1000 203 1000 204 1000 205 1000 206 1000 207 1000 208 1000 209 1000 210 1000 211 1000 212 1000 213 1000 214 1000 215 1000 216 1000 217 1000 218 1000 219 1000 220 1000 221 1000 222 1000 223 1000 224 1000 225 1000 226 1000 227 1000 228 1000 229 1000 230 1000 231 1000 232 1000 233 1000 234 1000 235 1000 236 1000 237 1000 238 1000 239 1000 240 1000 241 1000 242 1000


120 de 130 MIPCI

2011-2012

243 1000 244 1000 245 1000 246 1000 247 1000 248 1000 249 1000 250 1000 251 1000 252 1000 253 1000 254 1000 255 1000 256 1000 257 1000 258 1000 259 1000 260 1000 261 1000 262 1000 263 1000 264 1000 265 1000 266 1000 267 1000 268 1000 269 1000 270 1000 271 1000 272 1000 273 1000 274 1000 275 1000 276 1000 277 1000 278 1000 279 1000 280 1000 281 1000 282 1000 283 1000 284 1000 285 1000 286 1000 287 1000 288 1000 289 1000 290 1000 291 1000 292 1000 293 1000 294 1000 295 1000 296 1000 297 1000 298 1000 299 1000


121 de 130 MIPCI

2011-2012

300 1000 301 1000 302 1000 303 1000 304 1000 305 1000 306 1000 307 1000 308 1000 309 1000 310 1000 311 1000 312 1000 313 1000 314 1000 315 1000 316 1000 317 1000 318 1000 319 1000 320 1000 ==================================================================== Postflashover Inputs ==================================================================== Postflashover model is OFF. ==================================================================== Results from Fire Simulation ==================================================================== 0 min 00 sec (0 sec) Room 1 Outside Layer (m) 3,000 Upper Temp (C) 25,0 Lower Temp (C) 25,0 HRR (kW) 0,0 0 min 10 sec (10 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,969 Upper Temp (C) 26,0 Lower Temp (C) 25,0 HRR (kW) 4,7 0 min 20 sec (20 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,915 Upper Temp (C) 27,8 Lower Temp (C) 25,0 HRR (kW) 18,8 0 min 30 sec


122 de 130 MIPCI

2011-2012

(30 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,848 Upper Temp (C) 30,3 Lower Temp (C) 25,0 HRR (kW) 42,3 0 min 40 sec (40 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,771 Upper Temp (C) 33,4 Lower Temp (C) 25,0 HRR (kW) 75,2 0 min 50 sec (50 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,687 Upper Temp (C) 37,0 Lower Temp (C) 25,0 HRR (kW) 117,5 1 min 00 sec (60 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,597 Upper Temp (C) 41,0 Lower Temp (C) 25,1 HRR (kW) 169,2 1 min 10 sec (70 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,504 Upper Temp (C) 45,4 Lower Temp (C) 25,1 HRR (kW) 230,3 1 min 20 sec (80 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,407 Upper Temp (C) 50,3 Lower Temp (C) 25,2 HRR (kW) 300,8 1 min 30 sec (90 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,308 Upper Temp (C) 55,5 Lower Temp (C) 25,4 HRR (kW) 380,7 1 min 40 sec (100 sec) Room 1 Outside


123 de 130 MIPCI

2011-2012

Layer (m) 2,200 Upper Temp (C) 60,9 Lower Temp (C) 25,6 HRR (kW) 470,0 1 min 50 sec (110 sec) Room 1 Outside Layer (m) 2,081 Upper Temp (C) 66,3 Lower Temp (C) 25,9 HRR (kW) 568,7 2 min 00 sec (120 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,951 Upper Temp (C) 71,9 Lower Temp (C) 26,2 HRR (kW) 676,8 2 min 10 sec (130 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,812 Upper Temp (C) 77,9 Lower Temp (C) 26,6 HRR (kW) 794,3 2 min 20 sec (140 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,664 Upper Temp (C) 85,2 Lower Temp (C) 27,0 HRR (kW) 921,2 2 min 30 sec (150 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,512 Upper Temp (C) 92,4 Lower Temp (C) 27,6 HRR (kW) 1000,0 2 min 40 sec (160 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,371 Upper Temp (C) 98,0 Lower Temp (C) 28,3 HRR (kW) 1000,0 2 min 50 sec (170 sec) Room 1 Outside


124 de 130 MIPCI

2011-2012

Layer (m) 1,240 Upper Temp (C) 102,1 Lower Temp (C) 29,1 HRR (kW) 1000,0 3 min 00 sec (180 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,118 Upper Temp (C) 105,2 Lower Temp (C) 30,1 HRR (kW) 1000,0 3 min 10 sec (190 sec) Room 1 Outside Layer (m) 1,004 Upper Temp (C) 107,7 Lower Temp (C) 31,1 HRR (kW) 1000,0 3 min 20 sec (200 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,898 Upper Temp (C) 109,9 Lower Temp (C) 32,3 HRR (kW) 1000,0 3 min 30 sec (210 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,798 Upper Temp (C) 112,0 Lower Temp (C) 33,2 HRR (kW) 1000,0 3 min 40 sec (220 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,705 Upper Temp (C) 113,7 Lower Temp (C) 34,2 HRR (kW) 1000,0 3 min 50 sec (230 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,620 Upper Temp (C) 115,4 Lower Temp (C) 35,2 HRR (kW) 1000,0 4 min 00 sec (240 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,541


125 de 130 MIPCI

2011-2012

Upper Temp (C) 116,9 Lower Temp (C) 36,4 HRR (kW) 1000,0 4 min 10 sec (250 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,469 Upper Temp (C) 118,4 Lower Temp (C) 37,4 HRR (kW) 1000,0 4 min 20 sec (260 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,403 Upper Temp (C) 119,8 Lower Temp (C) 38,3 HRR (kW) 1000,0 4 min 30 sec (270 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,344 Upper Temp (C) 121,2 Lower Temp (C) 39,4 HRR (kW) 1000,0 4 min 40 sec (280 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,292 Upper Temp (C) 122,6 Lower Temp (C) 40,4 HRR (kW) 1000,0 4 min 50 sec (290 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,246 Upper Temp (C) 123,9 Lower Temp (C) 41,5 HRR (kW) 1000,0 5 min 00 sec (300 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,207 Upper Temp (C) 125,3 Lower Temp (C) 42,7 HRR (kW) 1000,0 5 min 10 sec (310 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,175 Upper Temp (C) 126,7


126 de 130 MIPCI

2011-2012

Lower Temp (C) 43,7 HRR (kW) 1000,0 5 min 20 sec (320 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,154 Upper Temp (C) 128,2 Lower Temp (C) 44,7 HRR (kW) 1000,0 5 min 30 sec (330 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,138 Upper Temp (C) 129,7 Lower Temp (C) 45,6 HRR (kW) 1000,0 5 min 40 sec (340 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,124 Upper Temp (C) 131,1 Lower Temp (C) 46,4 HRR (kW) 1000,0 5 min 50 sec (350 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,111 Upper Temp (C) 132,3 Lower Temp (C) 47,1 HRR (kW) 1000,0 6 min 00 sec (360 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,100 Upper Temp (C) 133,3 Lower Temp (C) 47,7 HRR (kW) 1000,0 6 min 10 sec (370 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,089 Upper Temp (C) 134,2 Lower Temp (C) 48,3 HRR (kW) 1000,0 6 min 20 sec (380 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,078 Upper Temp (C) 135,1 Lower Temp (C) 48,8


127 de 130 MIPCI

2011-2012

HRR (kW) 1000,0 6 min 30 sec (390 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,069 Upper Temp (C) 135,8 Lower Temp (C) 49,2 HRR (kW) 1000,0 6 min 40 sec (400 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,060 Upper Temp (C) 136,5 Lower Temp (C) 49,7 HRR (kW) 1000,0 6 min 50 sec (410 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,051 Upper Temp (C) 137,1 Lower Temp (C) 50,1 HRR (kW) 1000,0 7 min 00 sec (420 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,043 Upper Temp (C) 137,7 Lower Temp (C) 50,4 HRR (kW) 1000,0 7 min 10 sec (430 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,035 Upper Temp (C) 138,2 Lower Temp (C) 50,8 HRR (kW) 1000,0 7 min 20 sec (440 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,026 Upper Temp (C) 138,7 Lower Temp (C) 42,1 HRR (kW) 1000,0 7 min 30 sec (450 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,018 Upper Temp (C) 139,3 Lower Temp (C) 39,4 HRR (kW) 1000,0


128 de 130 MIPCI

2011-2012

7 min 40 sec (460 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,010 Upper Temp (C) 139,9 Lower Temp (C) 39,4 HRR (kW) 1000,0 7 min 50 sec (470 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 140,4 Lower Temp (C) 39,6 HRR (kW) 1000,0 8 min 00 sec (480 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 140,8 Lower Temp (C) 39,8 HRR (kW) 1000,0 8 min 10 sec (490 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 141,3 Lower Temp (C) 39,9 HRR (kW) 1000,0 8 min 20 sec (500 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 141,7 Lower Temp (C) 40,1 HRR (kW) 1000,0 8 min 30 sec (510 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 142,0 Lower Temp (C) 40,2 HRR (kW) 1000,0 8 min 40 sec (520 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 142,4 Lower Temp (C) 40,4 HRR (kW) 1000,0


129 de 130 MIPCI

2011-2012

8 min 50 sec (530 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 142,7 Lower Temp (C) 40,5 HRR (kW) 1000,0 9 min 00 sec (540 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 143,0 Lower Temp (C) 40,7 HRR (kW) 1000,0 9 min 10 sec (550 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 143,3 Lower Temp (C) 40,9 HRR (kW) 1000,0 9 min 20 sec (560 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 143,6 Lower Temp (C) 41,0 HRR (kW) 1000,0 9 min 30 sec (570 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 143,9 Lower Temp (C) 41,1 HRR (kW) 1000,0 9 min 40 sec (580 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 144,1 Lower Temp (C) 41,3 HRR (kW) 1000,0 9 min 50 sec (590 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 144,4 Lower Temp (C) 41,4 HRR (kW) 1000,0 10 min 00 sec


130 de 130 MIPCI

2011-2012

(600 sec) Room 1 Outside Layer (m) 0,005 Upper Temp (C) 144,6 Lower Temp (C) 41,6 HRR (kW) 1000,0 ==================================================================== 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. ====================================================================

Documents

ESTUDIO DE LA EVACUACIÓN DE OCUPANTES Y CONTROL DE HUMO … · Estudio de la evacuación de ocupantes y control de humo en edificio en altura – Adrián Ramírez Cifuentes 4 de