UNIVERSIDAD NACIONAL NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA, ELECTRÓNICA, MECÁNICA Y MINAS CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRONICA
EVALUACIÓN PRELIMINAR DEL CAUDAL DE EMISION HUMO (Dióxido de Carbono) EN HORNOS LADRILLEROS EN EL DISTRITO DE SAN JERÓNIMO Anteproyecto de investigación presentado por el estudiante JESUS HUAMÁN ROMOACCA Asesor:
Ing. Mgt.
(LI - UNSAAC) CUSCO – PERÚ 2014
MARCO TEORICO 1.1 Contaminación ambiental VIVANCO (2011), menciona se conoce como contaminación ambiental a la presencia en el medio ambiente de uno o más contaminantes en cantidades superiores a los limites tolerados por el ser humano, combinados de tal manera que en mayor o menor medida causan causan un desequilibrio ecológico ecológico y dañan dañan la salud y el bienestar del hombre. La contaminación ambiental es también la incorporación de sustancias o sus combinaciones, compuestos o derivados químicos o biológicos, humos, gases, polvos, cenizas, bacterias, residuos y desperdicios, así como también las formas de energía como el calor, la radioactividad y el ruido que al entrar en contacto con el aire, agua o suelo, alteré o modifique su composición y condiciones naturales. Esta problemática generalmente se origina como consecuencia del crecimiento y desarrollo incontrolado de centros de población, turísticos e industriales con el correlativo incremento de las fuentes de contaminación, el deterioro de los recursos naturales; el impacto de algunos fenómenos del mismo tipo, como las erupciones volcánicas, tolvaneras, fugas toxicas entre otros problemas. Los principales medios contaminados son el aire, el agua y el suelo:
a) Contaminación del aire VIVANCO (2011), menciona la contaminación de aire hace referencia a la alteración de la atmósfera terrestres por la adición de gases, partículas sólidas o líquidas en suspensión en proporciones distintas a las naturales. Este tipo de contaminación se da primordialmente por los escapes de gases de los motores de combustión interna, las calefacciones, a las industrias que liberan gases, vapores y partículas sólidas capaces de mantenerse en suspensión en la atmosfera, con valores superiores a los normales, que son perjudiciales a la vida y la salud tanto del ser humano como los animales y las plantas. El aumento de dióxido de carbono en la atmosfera se debe a la combustión del carbón y del petróleo; lo que lleva a un recalentamiento del aire y los mares lo cual produce un desequilibrio químico en la tierra, produciendo cantidades altas de monóxido de carbono que es sumamente dañino para los seres vivos. La contaminación de aire afecta la salud de los seres humanos y se manifiesta en diferentes formas en su organismo ocasionando molestias y enfermedades tales como:
Irritación de ojos
Irritación de las vías respiratorias
Enfermedades bronco pulmonares (asma, enfisema pulmonar).
En la tabla 1, se muestran los principales contaminantes atmosféricos así como las fuentes de donde provienen.
Tabla 1. Principales contaminantes atmosféricos con sus fuentes
Fuente. VIVANCO (2011), menciona Saans Fonfría, J de Pablo Ribas, Ingeniería Ambiental, Contaminación y Tratamientos, 1999.
a) Contaminantes gaseosos VIVANCO (2011), menciona en ambientes exteriores e interiores los vapores y contaminantes gaseosos aparece en diferentes concentraciones. Los contaminantes gaseosos provienen de los volcanes, incendios e industrias. El tipo de contaminación del aire es la niebla toxica(smog) que es una acción producida por la acción de la luz solar sobre los gases de escape de automotores y fabricas. Los contaminantes gaseosos más comunes son:
Dióxido de carbono
Monóxido de carbono
Hidrocarburos
Óxidos de nitrógeno
Óxidos de azufre
El ozono.
Compuestos volátiles (orgánicos e inorgánicos)
Material particulado
Diferentes fuentes producen estos compuestos químicos pero la principal fuente artificial es la quema de combustible fósil. La contaminación del aire interior es producida por el consumo de tabaco, el uso de ciertos materiales de construcción, productos de limpieza y muebles del hogar. Los contaminantes gaseosos del aire provienen de volcanes, incendios e industrias. El tipo más comúnmente reconocido de contaminación del aire es la niebla tóxica (smog).La niebla tóxica generalmente se refiere a una condición producida por la acción de la luz solar sobre los gases de escape de automotores y fábricas.
b) Contaminantes sólidos VIVANCO (2011), menciona son producidos por humos de chimeneas que llevan los gases de combustión más diversos ,desde los producidos en restaurantes hasta aquellos producidos en procesos industriales como las ladrilleras de funciones pequeñas, de industrias y complejos metalúrgicos, industrias cementeras, del petróleo en donde se tiene que quemar combustible para conseguir energía o bien que son parte de un proceso industrial. Los principales contaminantes sólidos son:
Carbón(hollín)
Polvos minerales metálicos
Polvos minerales no metálicos (sílice y asbesto)
Restos de insectos (alas)
Polen
Fracciones orgánicas(polvos de plásticos y venzo-alfa-pireno) Estas partículas poseen gran variedad de tamaño, forma y composición química, que va desde pequeñísimas partículas metálicas esféricas (humos metalúrgicos) hasta grandes conglomerados porosos (hollín) . El tamaño es la propiedad más significativa de este tipo de contaminantes ya que determina el comportamiento de las partículas en el aire y su posibilidad de ingreso al organismo.
TIPOS DE CONTAMINANTES ORIGINADOS POR LADRILLERA VIVANCO (2011), menciona la materia prima para la fabricación de ladrillos no contiene elementos contaminantes porque está constituida básicamente por arcilla con agua y el proceso de cocción consiste en eliminar el exceso de agua de la masa de ladrillo cruda hasta el punto de sintetizaciòn de la arcilla donde comienzan los cambios químicos de sus componentes para darle las características de compactación y resistencia. La industria ladrillera emplea para la manufactura de sus productos combustibles altamente contaminantes como llantas,aceites gastados, madera, aserrín,residuos industriales y material orgánico de desecho; Es por eso que los agentes contaminantes de las emisiones gaseosas de este sector productivo son casi en su totalidad los que están presentes en el combustible que se utiliza para la cocción, cuyos componentes son los siguientes:
SO2
NO2
Aceites y grasas
Partículas solidas (barro ò arcilla )
H2SO4
H2S
Gases de Efecto Invernadero (GEI) - IPCC 2007 RED PERUANA DE CICLO DE VIDA (2012), indica que la metodología IPCC 2007 ha sido desarrollada por el Panel Intergubernamental de Cambio Climático. Este método detalla los factores de caracterización de cambio climático del IPCC para intervalos de tiempo de 20, 50 y 100 años permitiendo calcular los impactos en el cambio climático generados por las emisiones de gases de efecto invernadero de los ciclos de vida estudiados. (PRé, 2008). La metodología del IPCC caracteriza las emisiones de acuerdo a su potencial en el calentamiento global a través de la valorización de los gases de efecto invernadero, el potencial es evaluado en términos de dióxido de carbono de modo que la emisión de 1kg de algún gas de efecto invernadero en particular es comparado con la emisión de 1kg de dióxido de carbono. Inventario del Ladrillo Artesanal (King Kong) El ladrillo artesanal producido en San Jerónimo – Cusco, es del tipo King Kong (KK) el cual se utiliza para la construcción de casas en los alrededores del mencionado distrito. En la tabla 5-3 se presentan características generales del ladrillo King Kong; y en la tabla 5-4, los parámetros de producción de ladrillos artesanales en San Jerónimo. Tabla 5-3: Características del ladrillo artesanal KK
Cocción
Por último, el ladrillo crudo y pre-secado es cargado al horno de cocción. En esta etapa, mediante el fuego y calor, se producen cambios químicos que transforman la arcilla y los demás componentes en productos sinterizados o vitrificados con características estructurales de resistencia a la compresión. La cocción genera gran cantidad de impacto ambiental debido a las emisiones al aire procedentes de la quema de combustibles en los hornos de cocción de ladrillos. En la producción artesanal de ladrillos, los combustibles utilizados son, en su mayoría, las ramas de eucalipto y el aserrín de madera, la cantidad necesaria por cada uno de ellos para la fabricación de un ladrillo se presenta en la tabla 5-6.
Una vez terminada la etapa de cocción, los ladrillos son descargados del horno para ser distribuidos dentro de la misma localidad de San Jerónimo.
Inventario del Ladrillo Mecanizado RED PERUANA DE CICLO DE VIDA (2012), indica que en San Jerónimo Cusco se produce una variedad de ladrillos mecanizados, el inventario a continuación se hizo
para el ladrillo tipo Bloqueta, el cual, se utiliza para la construcción de casas en los alrededores dentro de la misma localidad. En la tabla 5-9 se presentan características generales del ladrillo Bloqueta; y en la tabla 5-10, los parámetros de producción de ladrillos mecanizados en San Jerónimo.
Cocción RED PERUANA DE CICLO DE VIDA (2012), indica que por último, el ladrillo crudo y pre-secado es cargado al horno de cocción. En esta etapa, mediante el fuego y calor, se producen cambios químicos que transforman la arcilla y los demás componentes en productos sinterizados o vitrificados con características estructurales de resistencia a la compresión. Para la cocción algunas ladrilleras mecanizadas utilizan una máquina ventiladora que ayuda en el proceso de combustión al inicio y durante la cocción, estas ventiladoras son ensambladas de forma manual y utilizan energía eléctrica para su funcionamiento. En la figura 5-4 se muestra la maquina ventiladora usada para la cocción en algunas ladrilleras mecanizadas
La cocción genera una gran cantidad de emisiones al aire procedentes de la quema de combustibles en los hornos de cocción de ladrillos. En la producción mecanizada de ladrillos, los combustibles utilizados son ramas de eucalipto, aserrín de madera, y leña; la cantidad necesaria por cada uno de los mismos para la fabricación de un ladrillo se presenta en la tabla 5-12.
Las ramas de eucalipto provienen de localidades cercanas a San Jerónimo; y el aserrín de madera, de la Selva. En la tabla 5-13 se presenta el transporte del combustible expresado en toneladas por km recorrido.
Asignación de impactos (emisiones al aire) RED PERUANA DE CICLO DE VIDA (2012), indica que las emisiones al aire son generadas por la fase de producción, en su mayoría, por el proceso de cocción. La asignación de impactos está basada en ladrillos producidos manualmente de forma artesanal y mecanizada, como se muestra en la figura 6-1.
Como se observa en el gráfico anterior, el 40% de la producción anual de ladrillos en San Jerónimo, corresponde a la producción artesanal; y el 60%, a la mecanizada. De esta manera, en la tabla 5-15 se presentan las emisiones al aire por ambos tipos de producción.
Comparación de sistemas Fase de producción de Ladrillo RED PERUANA DE CICLO DE VIDA (2012), indica que en la fabricación un ladrillo artesanal y un ladrillo mecanizado, el mayor impacto se genera por la etapa de cocción, en donde se producen emisiones al aire, como se indica en el punto anterior. En la figura 6-2 se presentan los impactos generados por ambos productos, las unidades están expresadas en kg de CO2 equivalente por ladrillo producido.
Información sector ladrillero Cusco ORCCOHUARANCCA (2012), describe • 194 unidades productivas
• Escala productiva: • 50 % artesanales
: una quema mensual/horno
• 50% semi-mecanizado : cuatro quemas mes / horno
Problemática del sector ladrillero / Cusco • Altos niveles de contaminación. • Uso excesivo de combustible: leña, aserrín, r amas de eucalipto • Uso de combustibles contaminantes : llantas, plástico • Riesgos en la salud de los trabajadores • Bajos ingresos económicos. • Rechazo de la sociedad civil : vecinos, prensa
Medidas implementadas: • Prohibición de uso de llantas, plásticos y combustibles contaminante s a nivel de la
asociación de ladrilleros – asamblea comunal • Uso de ventiladores – decidido en asamblea comunal
Consecuencias • Reducción uso de combustible • Reducción de emisión de humo y gases • Mejora en las condiciones del trabajo. (quema sin humo)
Además • Mejora de ingresos • Mejora calidad de vida 4.1.1
Ubicación geográfica
Programa Regional Aire Limpio. (2009), indica que generalmente, las ladrilleras artesanales se instalan en los alrededores de las ciudades, donde la materia prima es accesible, existe suficiente terreno para el horno y las áreas productivas y el mercado se encuentra cerca para vender los productos finales.
Arequipa Las pequeñas ladrilleras artesanales de la provincia de Arequipa están distribuidas principalmente entre los distritos de Moyeballa (71%), Socabaya (14%), Characato (3%) Yarabamba y Paucarpata (2%), Cayma, Cerro Colorado y Yura (menos del 1%). La intervención del PRAL estuvo centrada en el distrito de Socabaya, específicamente en la Pampa Primero de Mayo.
Cusco El distrito de San Jerónimo concentra la mayor cantidad de productores de ladrillos y tejas, repartido entre las comunidades de Sucso Aucaylle (65%), Pillao Matao (28%) y Picol Orcompujio (7%) haciendo un total de 192 familias. La intervención del PRAL se focalizó en este distrito. 4.1.2
Combustibles
PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO. (2009), indica que los combustibles representan aproximadamente el 30% del costo de producción de los ladrillos. Dada su importancia en la estructura de costos, se tiende a escoger aquellos combustibles de menor precio y alto poder calorífico, pero que representan los combustibles de menor calidad y altamente contaminante, como son las llantas usadas, plásticos y aceites usados. Mención especial merecen el uso de llantas usadas que, además de su bajo costo, se usan porque reducen el tiempo de cocción de los ladrillos de dos a una semana frente a otros combustibles. Sin embargo, cabe resaltar que la calidad de los productos que se obtiene es menor.
Cusco Los combustibles con mayor demanda para su uso en ladrilleras eran el aserrín, ramas de eucalipto, cáscaras de café (en temporada de cosecha), llantas de vehículos y jebes. Las ramas y hojas frescas de eucalipto o leña son utilizadas en las etapas de encendido y cocción de los ladrillos, poseen un poder calorífico medio y su grado de contaminación a la atmósfera es elevado. Su uso no controlado ocasiona deforestación de bosques, erosión de suelos y la disminución de lluvias.
El aserrín es utilizado para iniciar el encendido en combinación con las ramas de eucalipto y en todo el proceso de cocción, al estar constituido por pequeñas partículas, ayuda al rápido encendido. Posee un poder calorífico medio y emite partículas finas en su manipulación que contaminan el ambiente.
Gráfico 4. Encendido de hornos de ladrillos con aserrín
Tabla 3. Procedencia de insumos y materia prima de Cusco Materia prima/insumo Procedencia Arcilla Aserrín Ramas de eucalipto Cáscaras de café Llantas
Comunidades de Sucso Aucaylle, Picol y Pillao Matao Aserraderos y madereras de la ciudad de Cusco Anta, Mollepata, Limatambo, Paucartambo, Andahuaylillas Provincia de La Convención Llanterías y talleres mecánicos de la ciudad de Cusco
Cusco PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO. (2009), indica que los hornos son fabricados artesanalmente con ladrillos y arcilla sin recubrimiento, de formas circulares y cuadrados, de tiro natural y semiabiertos a la atmósfera. La capacidad es de entre 7,000 y 10,000 ladrillos por quema y 4,000 a 8,000 tejas. Tanto los productores artesanales como los mecanizados cuentan con el mismo tipo de horno. En promedio, cada productor tiene un horno, habiendo 215 hornos registrados. Existe una clara tendencia a la informalidad. Solo el 13% de los ladrilleros cuenta con número de registro único de contribuyente RUC y 3% con licencia de funcionamiento.
La cadena de valor incluye a los proveedores de materia prima (principalmente combustible), los productores mecanizados o artesanales hasta la venta final que puede ser directa o a través de intermediarios. El 98% de los productores artesanales no cuenta con una adecuada estructura de costos. En ese sentido, no costean la materia prima ni los insumos directos, no consideran como costo la mano de obra (operativa ni directiva) y existen varios gastos ocultos no incluidos (alimentación, seguridad, movilidad, depreciación, agua, propinas para los familiares). Se ha identificado que el productor muchas veces trabaja a pérdida, especialmente cuando los precios de los combustibles se incrementan. 4.1.3
Aspectos ambientales
Los impactos ambientales más significativos asociados a la producción artesanal de ladrillos son tres: 1.
La alteración de la calidad del aire con contaminantes, producto de los procesos de combustión.
2.
Emisión de gases de efecto invernadero como consecuencia de un uso ineficiente de la energía.
3.
La alteración del paisaje y tierras agrícolas, producto de la remoción de material en las canteras de arcilla y arena y disposición final de los productos de descarte.
Calidad del aire PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO. (2009), indica que la etapa en la que se genera mayor emisión es la etapa de quemado, específicamente en el proceso de encendido del horno. Por lo general, se utilizan llantas usadas o plásticos para generar las llamas que encenderán el material para la cocción de los ladrillos. El encendido de los hornos con fuego directo genera emisiones fugitivas. El quemado de aserrín, llantas usadas y aceite en compartimientos con mala ventilación y combustión incompleta produce una alta emisión de contaminantes del aire, principalmente material particulado en la forma de humos densos y visibles. Los afectados van desde los trabajadores mismos de la ladrillera hasta la población vecina y ciudades cercanas (ejm. Arequipa y Cusco).
Tabla 8. Generación de contaminantes según la etapa del proceso de producción de ladrillos Etapas
Actividades que Generan Tipo de Contaminantes
Contaminantes Extracción de Arcilla Extracción con herramientas Escasas y tierras
manuales
partículas
en
suspensión
Cambios en la morfología Extracción con maquinaria Abundantes partículas en pesada
suspensión Cambios en la morfología
Mezclado
Tamizado
del terreno selección Partículas en suspensión
y
Mezcla de arcillas con agua Moldeado Secado
No generan contaminantes Ninguno Durante el secado de los Ninguno moldes al aire libre solo se desprende vapor de agua. Los moldes defectuosos son
Carga del horno
El acomodo
de ladrillos Partículas en suspensión
resuspende partículas del Cocción
suelo y de la fricción entre Uso de combustibles en la Partículas
en
suspensión
cocción de ladrillos y tejas: Dióxido de azufre Dióxido de Llantas,
aceite
usado, nitrógeno
aserrín de madera, cáscara carbono Clasificación Despacho
Monóxido
de
Compuestos
Descarte de productos rotos, Residuos sólidos inertes Descarte de productos rotos Residuos sólidos inertes
Tabla 9. Efecto de los contaminantes generados según el tipo de combustible empleado ombustible
Efecto
de
Contaminación Llantas usadas
Muy alto, cancerígeno
laEfecto adicional sobre e entorno Humo
negro
ennegrecimiento lásticos (bolsas, botellas, Muy alto, cancerígeno Ramas y hojas frescas de Alto, gran cantidad de Eucalipto
de
No precisado Deforestación por
humo denso dificulta la consumo
indiscriminado,
visibilidad
de
erosión
suelos,
Leña seca de eucalipto u Medio
Deforestación por consumo
otra especie
indiscriminado, erosión de
Cáscaras de arroz o café
Medio
suelos, disminución Aprovechamiento
de de
Aserrín de madera
Medio
Aprovechamiento
de
Hidrocarburo líquido (diesel, Medio
Riesgo de contaminación de
Carbón de piedra (Antracita) Bajo Gas (GLP, GNP) Muy bajo
No representativo No representativo
Según el inventario de emisiones atmosféricas realizado por Consejo Nacional del Ambiente (CONAM) 1 en Arequipa en el 2003, la industria ladrillera (ladrilleras mecanizadas e informales) se constituye en la fuente mayor de emisión de contaminantes estacionarios, aportando el 40% del total de estas emisiones.
4.2 Instituciones relevantes 4.2.1
Nivel nacional
Ministerio de la Producción
PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO. (2009), indica que le corresponde al Subsector Industria las actividades industriales manufactureras dentro de las cuales está comprendida la "fabricación de productos de arcilla y cerámica no refractarias para uso estructural". El subsector comprende la normalización, supervisión y promoción de dichas actividades. Por otro lado, la Dirección de Asuntos Ambientales de Industria es la encargada de coordinar todos los aspectos ambientales del sector, teniendo como ejes de la estrategia ambiental, el enfoque preventivo, la eficiencia productiva y el uso de tecnologías limpias. El Plan Nacional Ambiental del Sector Industrial Manufacturero tiene como propósito establecer una estrategia nacional para el desarrollo sostenible de las actividades industriales manufactureras, que permita que la competitividad, la innovación tecnológica y la política ambiental estén debidamente articuladas e involucren la participación concertada y equitativa de los actores relevantes, tanto del sector público como del sector privado. Su objetivo es desarrollar una gestión ambiental que privilegie la prevención de la contaminación y el uso de tecnologías limpias, que permitan un cuidado adecuado del medio ambiente, así como un incremento de la productividad y competitividad de las empresas y, por ende, un mejor posicionamiento en el mercado.
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Ministerio del Ambiente (antes Consejo Nacional del Ambiente) Es función del Viceministerio de Gestión Ambiental a través de la Dirección General de Políticas, Normas e Instrumentos de Gestión Ambiental supervisar que las entidades sectoriales, regionales y locales adopten medidas efectivas para prevenir, mitigar y controlar el deterioro del ambiente y sus componentes como consecuencia del desarrollo de las actividades económicas bajo su ámbito. 4.2.2
CUSCO
PROGRAMA REGIONAL AIRE LIMPIO. (2009), indica que Dirección Regional de la Producción (DIREPRO) de Cusco La DIREPRO de Cusco tiene las mismas funciones que la DIREPRO de Arequipa.
Municipalidad Provincial del Cusco A través de la Subgerencia de Medio Ambiente de la Gerencia de Turismo, Educación, Salud y Medio Ambiente, tiene entre sus funciones principales promover la cultura de prevención mediante la educación para la preservación del medio ambiente, promover acciones que protejan la salud ambiental y de las personas, cautelar la salud pública contra la contaminación ambiental, participar en la formulación del plan de desarrollo local y formular el plan de gestión ambiental local y sus instrumentos dentro del marco del sistema de gestión ambiental nacional y regional. En esta línea, la Municipalidad lideró el desarrollo del Plan A Limpiar el Aire de Cusco.
Municipalidad Distrital de San Jerónimo La mayoría de ladrilleras se encuentra en territorio del distrito de San Jerónimo. A través de su Gerencia de Medio Ambiente, ha estado involucrada en el proceso de introducción de tecnologías eficientes y combustibles limpios de los ladrilleros artesanales de este distrito.
Asociación fc pretores de San Jerónimo -
Asociación de Productores de Ladrillos y Tejas - Propietarios de Sucso Aucaylle. Agrupa a 80 productores (30%) propietarios: De producción 19
media por mes (entre 15,000 ladrillos por pequeños productores y 200,000
ladrillos
intermedias,
por
hornos
empresarios tradicionales.
más El
grandes),
combustible
tecnologías utilizado
es
principalmente leña, aserrín, cáscaras de café. Poca rentabilidad. -
La Asociación de Productores de Picol: Agrupa a 40 asociados, todos artesanales. Pocos son mecanizados por la falta de fluido eléctrico.
-
Asociación San Agustín: Arrendatarios: 80 productores-arrendatarios. Son 100% informales, con producción artesanal, con hornos de baja capacidad. Utilizan llantas y plásticos como combustible para lograr rentabilidad de subsistencia. Deben pagar a los propietarios, 1 millar de ladrillos por cada quema.
-
Adicionalmente, 6 grandes empresarios que no forman parte de ninguna asociación.
Detectores de humos. Componentes de un sistema de detección TURMO (1986), determina que se activan con las partículas visibles e invisibles de la combustión. Por eso también se les denomina detectores de productos de combustión. Los componentes de un sistema convencional de detección están esquematizados en la NTP-40-1983 y en esencia son: •
Unos detectores agrupados en zonas (planta de un edificio, sección,
sector, etc.) y conectados a la central de control y señalización por unos bucles (línea o circuito eléctrico que une los detectores a la central). •
Una central de control y señalización que proporciona alimentación
eléctrica a los detectores, recibe información de los mismos
Año: 1988 Las NTP son guías de buenas prácticas. Sus indicaciones no son obligatorias salvo que estén recogidas en una disposición normativa vigente. A efectos de valorar la pertinencia de las recomendaciones contenidas en una NTP concreta es conveniente tener en cuenta su fecha de edición. •
y genera una señalización adecuada a la información recibida. Una
central de este tipo suele tener capacidad para varias zonas (que también puede decirse para varias líneas, grupos o bucles de detección). 20
Una serie de elementos de actuación tales como: avisadores ópticos y acústicos elementos de control extinción automática, etc.
Clasificación Los detectores de humos suelen clasificarse en seis grupos:
Fotoeléctricos •
De haz de rayos proyectados.
•
De haz de rayos reflejados.
lónicos •
De partículas alfa.
•
De partículas beta.
De puente de resistencia De análisis de muestra Combinados Taguchi con semiconductor Con este tipo de detección se han de evitar cambios en las condiciones de luz ambiental que puedan afectar a la sensibilidad del
Detectores fotoeléctricos de humos TURMO (1986), determina que también se les denomina detectores ópticos de humos. Su funcionamiento se basa en el efecto óptico según el cual, el humo visible que penetra en el aparato, afecta al haz de rayos luminosos generado por una fuente de luz, de forma que varía la luz recibida en una célula fotoeléctrica, y se activa una alarma al llegar a un cierto nivel. detector. Esto se puede conseguir manteniendo el detector en un receptáculo estanco a la luz o modula do la fuente de luz. Existen diversos tipos que se describen a continuación.
Detectores de humos fotoeléctricos de haz de rayos proyectados
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En este tipo, el humo visible oscurece el haz de rayos luminosos proyectado por el emisor disminuyendo la luz recibida en la célula fotoeléctrica del receptor situado a distancia. Consta de un emisor de luz y su receptor correspondiente de célula fotoeléctrica, situados ambos en los extremos de la zona a proteger. Su distancia puede llegar hasta 100 metros con una anchura de 14 metros, lo que da protección para un máximo de 1.400 m2. También reciben el nombre de detector óptico de humos lineal.
Aplicaciones Salas muy grandes de techo elevado, compartimentos de gran valor, zonas de almacenamiento, zonas de sobrepresión y conductos de ventilación, fábricas, hangares y en lugares en que la estética es importante, como en iglesias, galerías de arte y edificios históricos.
Ventajas •
Respuesta rápida ante fuegos con humos.
•
Ahorro de montaje.
Inconvenientes Dificultad de emplazamiento en locales con ventilación o aire acondicionado, ya que impiden que el humo llegue en condiciones de activar el detector. Problema de pérdida de alineación si se sitúa en estructura metálica, por lo que requiere mantenimiento. Resulta más caro si no se aprovecha toda su longitud.
Detectores de humos fotoeléctricos de haz de rayos reflejados También reciben el nombre de ópticos de humos puntual. La fuente de luz y la unidad receptora se incluyen en un sólo receptáculo. Constan de fuente de luz, célula fotoeléctrica que ha de estar en ángulo recto con la anterior y un captador de luz frente a la fuente de luz. Estos componentes están dentro de una cámara obscura. (Ver Fig. 1)
Detectores iónicos de humos TURMO (1986), determina que se basan en la disminución que experimenta el flujo de corriente eléctrica formada por moléculas de O2 y N2 ionizadas por una fuente radiactiva entre dos electrodos, al penetrar los productos de combustión de un incendio. 22
Estos detectores detectan partículas visibles e invisibles generadas por la combustión y su mayor eficacia se encuentra para tamaños de partículas entre 1 y 0,01 micras. Las partículas visibles tienen un tamaño de 4 a 5 micras y tienden a caer por gravedad excepto en el caso de que haya una fuerte corriente turbulenta en la columna que forma la llama. Existen materiales que desprenden partículas pequeñísimas a temperaturas inferiores a la de combustión en el aire y a esta temperatura se la denomina temperatura de formación de partículas (thermal particulate point). Estas partículas son detectadas por este tipo de detectores. Según la fuente radiactiva se dividen en detectores iónicos de partículas alfa y de partículas beta. Los detectores que contienen una fuente radiactiva deben cumplir la Orden del Ministerio de Industria de 20 de Marzo de 1975 (B.O.E. de 1 de Abril) sobre Normas de Homologación de Aparatos Radiactivos. No existe riesgo de radiactividad en la proximidad de estos detectores según las investigaciones realizadas por Organismos competentes. Declaran que la radiación recibida por una persona situada a 25 cm. del detector durante ocho horas al día, cada día del año equivale a una dosis de radiación anual menor de 0,5 milirem. A efectos comparativos la radiación normal de fondo de fuente natural es más de 100 veces mayor.
Detectores iónicos de humos por partículas alfa TURMO (
1986), determina que se basan en la ionización de las moléculas de O2
y N2 del aire por partículas alfa (núcleos de átomos de helio) procedentes de una fuente radiactiva (Americio 241). La zona entre los dos electrodos representa la cámara de muestreo o detección. Las moléculas de oxígeno y nitrógeno del aire se ionizan por las partículas alfa procedentes de la fuente radiactiva. Estas moléculas ionizadas se mueven hacia los electrodos de signo opuesto al aplicar un voltaje eléctrico y se establece un pequeño flujo de corriente eléctrica a través de la cámara de muestreo. El esquema de la derecha muestra el comportamiento de las partículas de combustión al entrar en la cámara unirse a los iones. Las partículas de la 23
combustión tienen una masa mayor y por tanto disminuye la movilidad de los iones, lo cual se traduce en una reducción del flujo de corriente a través de la cámara de muestreo y se activa una señal de alarma.
Ventajas •
Es un detector apto para toda la gama de humos detectables.
•
Estabilidad ante variaciones de presión, temperatura y corrientes de aire.
•
Permite una detección precoz y es el más universal de todos.
Inconvenientes Da falsas alarmas en ambientes con aerosoles, polvo, aire en movimiento, humedad elevada, concentración de humo de cigarrillos y variación del voltaje de la corriente.
Aplicaciones Desde fuegos latentes (pirolisis, fuegos de combustión lenta) hasta fuegos abiertos de llama viva. Para combustiones de sólidos y líquidos con humos visibles e invisibles (caso de llamas vivas). Ejemplos de aplicación: plásticos, cables eléctricos, madera, lana, cuero, gasolina, aceites.
Detectores iónicos de humos por partículas beta TURMO (1986), determina que estos detectores se presentaron con posterioridad a los de partículas alfa y la fuente radiactiva de partículas beta (electrones) en este caso, es el Niquel 63. El principio de actuación es el mismo que los de partículas alfa. La intensidad de la fuente de radiación es baja y el flujo de corriente en la cámara de ionización también lo es. Estos detectores han tenido éxito en la detección de las partículas procedentes de la combustión de alcohol, las cuales no son detectadas por el detector con partículas alfa. Este tipo de detectores no se comercializa en nuestro país.
Detectores de humos por puente de resistencia Se basan en el principio del puente de resistencia. Se activan ante una presencia de partículas de humo y humedad sobre una rejilla con puente eléctrico. Esas partículas al caer sobre la rejilla aumentan su conductividad y se activa una alarma. Estos detectores reaccionan con cualquier gas o humo. 24
Son poco usuales y no están considerados en Normas UNE.
Detectores de humos por análisis de muestra TURMO (1986), determina que consisten en una tubería que parte de la unidad de detección y se extiende por la zona a proteger. Una bomba extractora aspira una muestra de aire y la conduce a la unidad de detección en la cual se analiza si el aire contiene partículas de humo. Los detectores de humo con cámara de niebla son de este tipo y en ellos se mide la densidad por el principio fotoeléctrico y si excede de un valor predeterminado se activa una alarma. Es un sistema de detección poco recomendable. Se empleaba en las bodegas de los barcos. Son caros por la instalación y por los analizadores poco usuales que llevan. Actualmente es inusual y se considera un modelo histórico.
Detectores combinados de puente de resistencia e iónico para productos de combustión En estos detectores la cámara de ionización se activa por las partículas de la combustión y la resistencia de rejilla se activa por el vapor de agua producido en la combustión. La rejilla consta de dos óxidos metálicos conductores repartidos en un substrato de vidrio. Esta rejilla disminuye la resistencia al entrar en presencia de vapor de agua. El aparato lleva un circuito compensador electrónico que se ajusta a los cambios de humedad ambiente. Estos detectores actúan si se activa la cámara iónica y la rejilla del puente de resistencia, por lo que son menos sensibles a falsas alarmas por polvo, aerosoles, aire en movimiento y humedad. Igual que otros detectores de humos llevan circuitos y componentes para detectar averías y una lamparita piloto para indicar que está activado.
Detectores de gases de combustión tipo Taguchi con semiconductor Funcionan del siguiente modo: el cristal semiconductor del tipo n (negativo) lleva embebidas dos resistencias calefactoras que mantienen el semiconductor a unos 250º C para que aumente el número de electrones libres. Esa 25
temperatura sirve también para evitar la condensación de vapor de agua en la superficie del semiconductor. La caja externa del semiconductor es generalmente dióxido de estaño con una superficie muy porosa en la que están atrapadas moléculas de oxígeno. Cuando el sensor está expuesto a una atmósfera que contenga un gas oxidable (reductor), sus moléculas reaccionan con el oxígeno atrapado, originando una liberación de electrones en la superficie conductora. Entonces diminuye la resistencia de esa superficie y se dispara una alarma. Según unos ensayos realizados por Bright, encontró que
Principios básicos de instalación de detectores de humos TURMO (1986), determina que si la temperatura en el techo supera los 37,8º C (100º F) asegurarse que el detector está homologado para temperaturas superiores. Hoy día hay modelos con un campo de temperaturas muy amplio. No deberían instalarse en zonas que puedan causar falsas alarmas. Estabilidad: Controlarlos al menos tres meses antes de su conexión definitiva al sistema de alarma para desechar ciertas localizaciones que dan falsas alarmas. Espaciado: Variable según modelos. Pueden hacerse ensayos. Las normas españolas (Norma Básica de la Edificación, Proyecto de Norma UNE 23008/1, Regla técnica para las instalaciones de detección automática de incendios de CEPREVEN y Norma Tecnológica de la Edificación) indican los requisitos sobre este punto. Los detectores instalados en los conductos de retorno de la ventilación o aire acondicionado no reciben suficiente densidad de partículas de humo, debido al efecto de dilución que se origina al aspirar aire de distintas dependencias. Es por lo que solo sirven y con limitaciones como detectores de incendio en los propios conductos de aireación, pero no en otras zonas abiertas. Evitar instalarlos en zonas con barreras de calor, bajándolos por debajo de esa barrera. Hay tablas y gráficos en la bibliografía que nos dan la distancia para contrarrestar este efecto. Si existe sistema de ventilación o aire acondicionado colocarlos junto al registro de retorno o salida. 26
Se recomienda el montaje de los detectores una vez el local o edificio funciona con todas sus instalaciones. Existen Tablas que dan la distancia de espaciado de los detectores para alturas de techos y fuegos determinados. Información que se suele suministrar por los fabricantes. Los detectores de humos pueden emplearse hasta una velocidad del aire de 5 m/s salvo que el certificado de aprobación indique un valor mayor. Evitar su instalación en lugares sometidos a vibraciones. El efecto de la humedad limitará su instalación en caso de formarse condensaciones. El humo, el polvo o los aerosoles similares producidos por ciertas actividades pueden provocar alarmas intempestivas si se instalan detectores de humos. En estos casos deberán instalarse detectores térmicos. El empleo de detectores de humo en locales con una altura superior a 12 metros deberá justificarse adecuadamente. Pueden emplearse en locales de gran altura combinados con detectores de llamas.
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