manual NFPA ingenieria de fuego

Manual de Proteccl6n

contra Incendlos

Quinta Edici6n en Espanol

Volumen I

[JlriJiJlATIUPAL flfl! SAffTY- TRIIU1,Nfi

- - .....

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MANUAL 'DEPROTECCION

CONTRAINCENDIOS

Quinta Edicion en Espanol

Editores de la Edici6n en Espanol

Ing. Jaime Moncada Perez, CEPI

Ing. Jaime Andres Moncada, PE

Revisi6n Revisor en Jefe

Ing. Ramon Dominguez, CEPI Revisores Principales

Ing. Luis Cestari, PE Ing. Federico Cvetrezllik, CEPI Lic. Jorge Suarez-Peredo, CEPI Revisores Adicionales

Ing. Jaime Sanchez Ing. Raul Sanchez Ing. Fernando Silva Ing. Javier Sotelo" CEPI Ing. Rafael Torres, CEPI Ing.Oscar Vega .

Ing. Santiago Alvarado, CEPI Ing. Bernardo Bohorquez Il1g.Seti fernandez, CEPI Ing. Juan Carlos Guilbe, CEPI Ing. Jorge Marmolejo Ing. Javier Ramirez .

Producci6n Coordinador de Produccion

Diagramacion

Giovanny Valencia

Clara Moreno

Traductores

Berta Sabogal (Traductora Principal)

Monica Sabogal, LuzStela de Narvaez, Alfredo Fajardo lng. Sara Montanez

7

Co-Editores: Editor de la Edicion en Ingles: Revisor en Jefe: Revisores Pnncipales:

Coordinador de Producci6n: Diagramacion: Traductora Principal: Traductores:

Disefio de las Cubiertas: Impresor:

[i.]

NFP~

lng. Jaime Moncada-Perez, CEPr lng. Jaime A Moncada, PE lng. Arthur E. Cote, PE lng: Rarn'6n Dominguez, 'CEPI . lng/Federico Cvetreznik, CEPI Lic. Jorge Suarez Peredo, CEPI lng. Luis Cestari, PE Giovanny Valencia Clara Moreno Chala Berta Sabogal Monica Sabogal Estela de Narvaez Alfredo Fajardo lng. Sara Montafiez \amp Studio, Bogota, Colombia Quebecor World Bogota

Copyright ©2009 National Fire Protection Association One Batterymarch Park Quincy, Massachussetts, 02269. E. UA

Todos los Derechos Reservados (All Rights Reserved). Ninguna parte del material completo de esta obra, el cual es protegido por estos derechos de autor, puede ser reproducido 0 utilizado de cualquier manera sin reconocimiento del duefio de los derechos de autor, ni pueden ser utilizados de cualquier manera para su reventa, sin la autorizacion previa y escrita por parte de la NFPA. Avisos sobre Responsabilidad Chi]: La publicacion de este Manual tiene como proposito el de circular infonnacion y opini6n a aqueUos interesados en la seguridad contra incendios, seguridad temas relacionados. Aunque se ha hecho todo 10 posible para lograr un trabajo de alta caUdad, ni la NFPA, ni los autores, editores, revisores u otros contribuidores de esta obra garantizan que sea exacta 0 entera, ni asumen ninguna responsabilidad civil en conexion con lainfonnacion y opiniones aqui contenidas. La NFPA, los autores, editores, revisores y otros contribuidores de ninguna !:lanera senin responsables de cualquier dano personal, a bienes, 0 cualquier otro dafio de cualquier tipo, el que sea, sea este especial, indirecto, COllse­ cuente 0 compensatorio, ya·sea directa 0 indirectamellte, como resultado de la publicacion, usn 0 depen~ dencia de esta obra. Esta obra es publicada con el entendinriento que la NFPA, los autores, editores,revlsoresy oiros con­ tribuidores de la misma-estan proporcionando infonnaci6n y opinion, y que atraves esta obra no procuran prestar serVicios de-inienieria -u utrosservicios profesionales. Si dichos servicios fuesen necesarios; la aynda porparte de lID profesional apropiado debe ser solicitada. NFPA no se hace.responsable por la exactitud, entereza y veracidad de las porciones que fueron trac ducidas del ingles al espafiol. En el caso de algful conflicto entre las ediciones en idioma ing16s y espanol, el idioma ingles prevalecera: La base de este Manual es el Fire Protection Handbook, Nineteenth Edition.

Numero NFPA: ISBN: Library o/Congress Control Number: Impreso en Colombia

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FPH1903E 0-87765-85l-X 2009923582

Ediciones en Espafiol: Primera Edicion, Noviembre 1978 Primera Reimpresion, Sept. 1980 Segunda Edieion, Mayo 1983 Tercera Edieion, Oetubre 1987 Cuarta Edicion: Octubre 1993 . Primera Reimpresion, Abril 2001 Quinta Edicion, Marzo 2009

Dedicatoria Esta Quinta Edici6n del Manual de Protecci6n contra lncendios en Espafiol esta dedicada al lug. Santiago E. Moncada (1962-1994), quien se gradu6 como ingeniero de proteccion contra in­ cendios en la Universidad de Maryland en 1985 y quien tristemente murio, en su ciudad natal de Bogota, Colombia, cuando su carrera en seguridad contra incendios estaba en plena etapa de madurez. Estli tambien dedicado al personal de la oficina internacional de la NFPA. En especial a1 Co­ mandante David B. Gratz (qepd), quien fund61a oficina internacional de la NFPA, por aHa a fi­ nales de los 70's, asi como ala Lic. Olga Caledonia, quien en epocas recientes ha liderado esta oficina con singular distinci6n. Ningim programa de la NFPA en Latinoamerica hubiera podido existir sin el apoyo de nuestros amigos en la oficina internacional de la NFPA.

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C:ONtENIDO Dedicatoria

v

Prefacio

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Pr6logo

xv

Introducci6n

xvii

:

SECCION 1

Principios de Fuego y la Ciencia del Fuego Capitulo Capitulo Capitulo Capitulo Capitulo

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

1-1

Fundamentos de Disefio de Edificios Protegidos contra Incendios Quimica y Fisica del Fuego Dinamica del Desarrollo de Incendios en Compartimientos Teoria de laExtinci6n del Fuego Explosiones

1-3

1-17

1-37

1-47

1-61

SECCION 2

2-1

Analisis para Protecci6n contra Incendios Capitulo 2.1 Capitulo 2.2 Capitulo 2.3 Capitulo 2.4 Capitulo 2.5

Introducci6n a la Modelizaci6n del Incendio Ammsis del Peligro de Incendio AmUisis del Riesgo de Incendio Calculos Simplificados del Crecimiento del Fuego Repaso del Disefio Basado en el Desempefio en Protecci6n contra Incendios

2-3

2-15

2-23

2-39

2-55

SECCION 3

Comportamiento Humal'l0 en

~rnergencias

de Incendios

Capitulo 3.1 El Comportamiento Humano y el Incendio Capitulo 3.2 Metodos deCa1culo para Predicci6n de la Evacuaci6n Capitulo 3.3 Conceptos de Disefio de Medios de Evacuaci6n

vii

3-1

3-3

3-15

3-35

vi ii •

Contenido

SECCION 4

Prevenci6n de Incendios Capitulo 4.1 Equipos y Artefados Electricos Capitulo 4.2 ." ControldeFuentesdeignicion Electrostatica . Capitulo .4.3 .. Sist~lIlas .de Protecci6ii9011tn3. Rayos Capitulo 4.4 Suministr~s d~ Enc:rgi~ "de Exnergencia y de Resen:,~ Capitulo 4.5 Calderas para Homos Capitulo 4.6 Fluidos y Sistemas de Transferencia de Calor CapitUlo 4.7 MotoresdeCoriibusti6il Estacionarios y Celdas·deCombustible Capitulo 4.8 Equipos de Procesos Automatizados Capitulo 4.9 Sistemas de Fluidosde Transmisi6n de Potencia Capitulo 4.10 Soldadura, Corte y Otros Trabajos en Caliente Capitulo 4.11 Instalaciones y Procesos para la Elaboraci6n de Maderas Capitulo 4.12 Recubrimiento con Polvo y Acabado por Pulverizaci6n Capitulo 4.13 Procesos de Inmersi6n y Recubrimiento Capitulo 4.14 Industria de los Plasticos y sus Riesgos Relacionados Capitulo 4.15 Equipo para Procesos Quimicos Capitulo 4.16 Fabricaci6n y Almacenamiento de Productos en Aerosol Capitulo 4.17 Almacenamiento de Uquidos Inflamables y Combustibles Capitulo 4.18 Almacenamiento de Gases Capitulo 4.19 Almacenamiento y Manejo de Substancias Quimicas Capitulo 4.20 Almacenamiento y Manejo de Combustibles S6lidos Capitulo 4.21 Almacenamiento y Manejo de Productos de Molienda de Granos Capitulo 4.22 Sistemas de Refrigeraci6n

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4-273

SECCION 5

Organizaci6n contra Incendi os y Servicios
Capitulo 5.9

Operaciones y Administraci6n del Departamento de Bomberos

Planeaci6n Previa al Incidente para lnstalaciones Industriales y

Comerciales

Manejo del lncendio Forestal Manejo de 1a Respuesta a Incidentes con Materiales Peligrosos Efectos de la Construcci6n de Edificios y de los Sistemas de

Protecci6n contra Incendios sobre la Seguridad de los Bomberos Prevenci6n de Perdidas Ocasionadas por el Fuego y Organizaciones

de Emergencia Prevenci6n de Incendios y Hacer Cumplir el C6digode lncendios lnstalaciones del Departamento de Bomberos y para el

Entrenamiento contra Incendios; y Sistemas Pliblicos de

Comunicaci6n para los Servicios de Emergencia Vehfculos y Equipamiento del Departamento de Bomberos

5-41

5-55

5-87

5-105

5-129

5-141

5-163

.~.~--. ~ ..

"

Contenido

Capitulo 5.10 Indumentaria y Equipo de Proteccion para Servicios de Bomberos y de Emergencia Capitulo 5.11 Chorros contra Incendio Capitulo 5.12 Operaciones en e1 Lugar del Incendio

5-185

5-201

5-215

SECCION 6

Materiales, Productos y Ambientes Capitulo 6.1

Los Productos de la Combustion y sus Efectos sobre la Seguridad Humana Madera y Productos a Base de Madera Fibras y Textiles Uquidos Inflamables y Combustibles Gases Plasticos y Caucho Pesticidas Explosivos y Agentes de Fragmentacion Desfogue de Deflagraciones (Explosiones) Polvos Equipos de Movimiento de Aire

Capitulo 6.2 Capitulo 6.3 Capitulo 6.4 Capitulo 6.5 Capitulo 6.6 Capitulo 6.7 Capitulo 6.8 Capitulo 6.9 Capitulo 6.10 Capitulo 6.11

6-1

6-3

6-19

6-35

6-55

6-67

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6-125

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SECCION 7

Detecci6n y Alarma Capitulo 7.1 Capitulo 7.2 Capitulo 7.3 Capitulo 7.4 Capitulo 7.5

Sistemas de Alarma de Incendio Detectores Automaticos de Incendios Aparatos de Notificaci6n Interfaces del Sistema de Alarma de Incendios Sistemas de A1arma de Incendios: Inspeccion, Prueba y Mantenimiento Capitulo 7.6 Servicios de Vigi1ancia de Proteccion contra Incendios y de Guardia contra Incendios Capitulo 7.7 Sistemas y Monitores para 1a Detecci6n de Gas y Vapor

7-1

7-5

7-15

7-31

7-37

7-49 7-75

7-83

SECCION 8

Supresi6n a Base de Agua Capitulo 8.1 Capitulo 8.2

Caracterfsticas y Riesgos del Agua y Aditivos del Agua para la Supresi6n de Incendios Facilidades Fijas de Almacenamiento de Agua para Protecci6n

contra Incendios

8-1

8-5

8-19

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ix

x •

Contenido

Capitulo 8.3 Redes de Agua contra Incendios Capitulo 8.4 Requisitos del Suministro de Agua para los Sistemas

PUblicos de Abastecimiento Capitulo 8.5 Hidrau1ica para Protecci6n de Incendios Capitulo 8.6 Determinaci6n de la Suficiencia del Abastecimiento de Agua Capitulo 8.7 Bombas Estacionarias contra Incendio Capitulo 8.8 Suministros de Energia y Controladores para Bombas contra

Incendios Accionadas por Motor Capitulo 8.9 Principios del Desempefio de los Rociadores Automaticos

dtdncellclio Capitulo 8.10 Rociadores Autom
contra Incendios a Base de Agua Capitulo 8.14 Protecci6n Mediante la Pulverizaci6n deAgua Capitulo 8.15 Sistemas de Supresi6n de Incendios conAgua Nebulizada Capitulo 8.16 Sistemas de Co1umnas de Agua y Conexi ones para Mangueras Capitulo 8.17 Cuidado y Mantenimiento de los Sistemas de Extinci6n a Base

de Agua Capitulo 8.18 Abastecirnientos de Agua para Sistemas de Rociadores

8-33

8-43

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8-291

8-311

SECCION 9

Supresi6n sin Agua Capitulo 9.1 Sistemas y Agentes que Reemplazan Directamente al Ha16n Capitulo 92 Sistemas de Aplicaci6n de Di6xido de Carbono Capitulo 9.3 Sistemas de Aplicaci6n de Agentes de Extinci6n a Base de Productos Quimicos Capitulo 9.4 Sistemas y Agentes de Extinci6n de Espuma Capitulo 9.5 Uso y Mantenimiento de los Extintores de Incendios

9-1

9-3

9-23

9-35

9-41

9-67

SECCION 10

Confinamiento de los Incendios Capitulo 10.1 Planificaci6n de Edificios y Terrenos para la Seguridad

contra Incendios Capitulo 10.2 Construcci6n de Edificios Capitulo 10.3 Acabados Interiores Capitulo 10.4 Integridad Estructural Durante los Incendios Capitulo 10.5 Movirniento del Humo en Edificios Capitulo 10.6 Pnicticas de Ventilaci6n

10-1

10-3

10-13

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10-55

10-85

10-99

Conlenido

Capitulo 10.7 Estructuras Especiales Capitulo 10.8 Sistemas de Transporte en Edificios Capitulo 10.9 Sistemas de Aire Acondicionado y Ventilacion

10-111 10-125 10-137

SECCION 11 Sistemas de Protecci6n para Clases de Ocupaciones Capitulo 11.1 Capitulo 11.2 Capitulo 11,3 Capitulo 11.4 Capitulo 11.5 Capitulo 11.6 Capitulo 11.7 Capitulo 11.8 Capitulo 11.9 Capitulo 11.10 Capitulo 11.11 Capitulo 11.12 Capitulo 11.13 Capitulo 11.14 Capitulo 11.15 Capitulo 11.16 Capitulo 11.17 Capitulo 11.18 Capitulo Capitulo Capitulo Capitulo

11.19 11.20 11.21 11.22

Ocupaciones para Reuniones Publicas Ocupaciones Mercantiles Ocupaciones de Oficinas Ocupaciones para Ensefianza y Guarderias Instalaciones Penitenciarias y Correccionales Ocupaciones de Cui dado de la Salud AsHos y Centros de Acogida Ocupaciones de Alojamiento Edificios de Apartamentos Casas de Huespedes Ocupaciones para Almacenamiento Recursos Culturales Operaciones de los Almacenes y del Almacenamiento Equipamiento para Manipulacion de Materiales Ocupaciones Industriales Estudios y Salas de Grabacion de Cine y Television Extracci6n con Solventes Protecci6n contra Incendios de Laboratorios que Utilizan Productos Quimicos Protecci6n contra Incendios en Centros de Telecomunicaciones Protecci6n del Equipo Electronico Plantas Generadoras de Energia Etectrica Mineria y Procesamiento de Minerales

11-1 11-5 11-15 11-23 11-29 11-37 11-45 11-59 11-67 11-73 11-83 11-87 11-97 11-119 11-135 11-147 11-155 11-161 11-171 11-179 11-189 11-195 11-205

SECCION 12 Seguridad contra Incendios en el Transporte Capitulo 12.1 Vehicu10s Automotores Capitulo 12.2 Combustibles Alternativospara Vehfculos Capitulo 12.3 Sistemas Ferroviarios de Pasajeros y de Guia Fija para Transito Capitulo 12.4 Aviaci6n Capitulo 12.5 Proteccion contra Incendios para Tlineles Vehiculares

12-1 12-3

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12-39

12-47

12-65

•

xi

xii •

Contenido

Apendices ApendiceA ApendiceB Apendice C ApendiceD

Indice

Cuadros y Tablas Unidades SI Tablas de Conversi6n Organizaciones Globales con Intereses en Protecci6n contra Incendios Organizaciones Intereses en Protecci6n contra Incendios en los Estados Unidos

A-I B-1 C-l D-l

1-1

El Fire Protection Handbook es el documento de seguridad contra incendios mas consultado en el mundo. Su historia se remonta a mas de ciento diez ailos. La historia del Manual de Pro­ teccion ~ontra Incendios es mas reciente, desde 1978; aunque su impacto en la industria de la protecciQn contra incendios, en espanol, es igualmente importante. En cooperaci6n con la Edi­ torial MAPFRE en Madrid, la NFPA public6 cuatro ediciones del Manual, comenzando con la Primera Edici6n en 1978, la Segunda en 1983, la Tercera en 1987 y la Cuarta Y ultima edici6n en 1993 _Algunas de estas ediciones han sido reimpresas dos veces. Todas estas fueron traduc­ ciones exactas de la edici6n en idioma ingles. Esta Quinta Edici6n del Manual de Protecci6n contra Incendios representa un hito para la NFPA, ya que es la primera vez que la NFPA edita un libro especificamente para el mercado dc America Latina. Los coeditores de la Quinta Edici6n son viejos y queridos amigos de la NFPA, Jaime Moncada-Perez y su hijo Jaime Andres Moncada. Jaime padre 0 "Don Jaime". como res­ petuosamente 10 Haman la mayoria de las personas que 10 conocen, nos visit6 y se present6 ante nosotros con la idea de que la NFPA deberia involucrarse en America Latina. Esto hace mas de treinta afios. EI es un verdadero pionero. Fue el primero que nos ayud6 a establecer un programa de traducci6n de normas al espanol, a dictar un seminario en idiorna espanol, y a organizar un congreso en America Latina. Sirvi6 con distinci6n como Miembro del COllsejo Directivo de la NFPA y su conocimiento de la industria de protecci6n contra incendios en America Latina no tiene paralelo. Sus tres hijos varones siguieron sus pasos: Santiago, un ingeniero de protecci6n contra incendios quien murio prematuramente al comienzo de su carrera y a quien esta dedicado este Manual; Alejandro, un arquitecto especializado con la aplicaci6n del C6digo de Seguridad Humana en el disefio de edificios; y Jaime Andres, coeditor de este Manual, un ingeniero de pro­ tecci6n contra incendios que ha realizado proyectos en America Latina durante los uJtimos 25 anos y quien actualmente administra Iluestros programas de desarrollo profesional en la regi6n. La publicacion de este Manual tarnbien ha sido posible gracias al trabajo desinteresado de un grupo de voluntarios, todos practicantes de la proteccion contra incendios, seguridad humana y seguridad electrica en America Latina, quienes donaron su tiempo y conocimiento revisando las distintas secciones de este ManuaL Nuestra gratitud para todos estos voluntarios. Un libro de este tarnafio no sena posible sin la dedicada labor de los traductores, directores de edicion y ad­ ministradores de programaci6n. Nuestro agradecirniento tambien va para ellos. Finalmentc, este Manual es importante para la industria de seguridad contra incendios de America Latina ya que provee 1a mejor informacion disponible sobre las practicas de seguridad contra incendios y la explica a los profesionales de la seguridad contra incendios. A todos aque­ 110s que han adquirido este Manual en su empefio por mejorar sus conocirnientos sobre seguri­ dad contra incendios, mis feticitaciones y mis deseos para que este Manual sirva, de alguna manera, en su esfuerzo por salvar vidas humanas y propiedades de los incendios en el mundo de habla espanola.

James M. Shannon Presidente y CEO National Fire Protection Association

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I Manual de PrQteccion CQntra Incendios es un libro unico que no tiene equivalente en el mundo de la seguridad contra incendios. Para el novato 0 para el experto, "manio­ brarlo", conocerlo y.entendcrlo es un reto. Es el texto de estudio para el examen de Cer­ tificaci6n de EspeciaIistas de Protecci6n contra lncendios (CEPI), la unica certificaci6n disponible hasta la fecha para el especialista de la protecci6n contra incendios en Latinoamerica. Esta certificacion se ofrece al que toma el primer paso de certificar su conocimiento en seguri­ dad contra incendios, y es por eso que los contcnidos de cste Manual, aunque extensos, no son profundos. Debe quedar claro en ellector de este Manual que este no es un texto de ingenieria de proteccion contra incendios y no debe ser la fuente principal de informacion en el proceso de ingenieria de una instalaci6n. La introducci6n general de esta Quinta Edicion del Manual, as! como las introduccioncs de cada Seccion, deberian ser las prim eras paginas que ellector debe conocer. En elIas se resumen los contenidos de este Manual, pero tambien a traves de ellas, es la primera vez que se intenta identificar las caracteristicas, las deficiencias y las fortalezas de la practica de la seguridad con­ tra incendios en Latinoamerica. Pero este Manual no existe en un vacio. Lo acompanan casi se­ tenta tituIos, entre normas, codigos y Iibros de seguridad human a, proteccion contra incendios y seguridad electrica, traducidos por la NFPA al EspafioL Lo apoyan mas de dos docenas de cur­ sos tecnicos de 1a NFPA, tambien en espan01, que se dictan en casi todos los paises Lati­ noamericanos. Los temas aqui discutidos se ponen al dfa en cada edicion del NFPA Journal Latinoamericano, la revista mas importante de seguridad contra incendios en Espanol, que se distribuye gratuitamente a casi 20 000 usuarios por edicion. Lo mismo ocurre en los Congresos y Foros de la NFPA en la region, donde ingenieros de proteccion contra incendios, instaladores y distribuidores de sistemas de proteccion contra incendios, bomb eros y autoridades, asegu­ radores, educadores y usuarios se reUrren a discutir y analizar nuestra problematica. Un libro tan extenso como este requiere mucho trabajo y toma mucho tiempo, sobre todo porque es editado y revisado por voluntarios, que trabajaron en la noche y en sus fines de sem­ ana. A eUos les debemos una infinita gratitud. En especial al lng. Ramon Domfnguez, CEPI, de la Ciudad de Mexico, un reconocido ingeniero quimico, hoy dedicado ala ingenieria de protec­ cion contra incendios, quien revise mas de 20 secciones, en temas de su especialidad como son Hquidos inflamables y combustibles, materiales peligrosos y riesgos petroqufmicos. Debemos mencionar tambien a tres profesionales de la proteccion contra incendios que trabajaron en varias de las secciones mas importantes del Manual: El lng. Federico Cvetreznik, CEPl, de Montev­ ideo, Uruguay, un ingeniero industrial-mecanico quien tambien se ha especializado en inge­ nieria de proteccion contra incendios y hoy dfa es uno de los mas reconocidos instructores y consultores en temas de seguridad humana y prevencion de incendios; El lng. Luis Cestari, PE, un venezolano que influenciado por su trabajo en seguridad de incendios se mudD a los Estados Unidos para obtener una maestria en ingenieria de proteccion contra incendios y hoy trabaja as­ esorando arquitectos en grandes proyectos constructivos; y el Lic. Jorge Suarez Peredo, CEPI, de la Ciudad de Mexico, un reconocido experto en forrnacion para bomberos, instructor del curso preparatorio al CEPl y disenador del examen, quien es toda una institucion en su pais. Estos profesionales trabajaron con un grupo de consumados profesionales, todos identificados en la primera pagina de este Manual, que donaron su conocimiento y a quienes les estaremos siempre agradecidos. Para producir esta Quinta Edicion de este Manual, la NFPA !lege a un acuerdo con IFST, quien administra a nombre de la NFPA sus programas de desarrollo profesional en Lati­ no america, para que llevaran ade1ante este ambicioso proyecto. IFST, por su parte, bUSCD el apoyo de Opel, quien ofrecio su logistica durante la traduccion, revision y produccion de este Manual. Este Manual se pudo llevar a cabo por el calificado trabajo de excelentes traductores, liderados por Dona Berta Sabogal desde Bogota, una institucion en la traduccion de documen­

E

xv

Ing. Jaime Moncada Perez, CEPI Ing. Jaime Andres Moncada, PE

tos de seguridad contraincendios.El coordinador de las traductoras ylosrevisores fue Giovanny Valencia y la diagramacion del Manual estuvo a cargo de Clara Moreno. Gracias a eUos por su excelente trabajo. Debemos tambien reconocer el trabajo del lng. Eduardo Alvarez quien trabaj6 en la definicion inicial de este Manual. Pero todo este esfuerzo, este inmenso trabajo, po sible­ mente inc1uye errores de traducci6n, de interpretacion 0 de omision. Esto es casi irremediable, pero ofrecemos de antemano nuestras disculpas y nuestra promesa de hacerlo cada vez mejor. Finalmente tenemos que agradecer a la NFPA por la confianza que ha depositado en nosotros y, a traves de nosotros, en los profesionales que.nos asistieron en esta tarea. La decision de la NFPA de publicareste Manual, editado por primera vez para el usuario Latinoamericano, es BU confinnacion de que la industria Latinoamericana dela seguridad contra incendios hadado un salto gigantesco desde que NFPA nos visito por primera vez, hace ya 30 afios.

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IN'lRODUCCIDN

..

iudades como Santiago y Panama estin construyendo multiples edificios altos de 60 y mas pisos; Sao Paulo tiene una de las mayores concentraciones de edificios de gran al­ tura en el mundo, muchos de estos con una sola via de evacuaci6n; centros comerciales, tiendas mercantiles, hospitales y bodegas de almacenamiento de dimensiones nunca antes vis­ tas se construyen todos los dias en Bogota, Buenos Aires, Guayaquil, Lima, Monterrey y Santo Domingo; yen la Riviera Mexicana, Costa Rica, el Caribe y el Sur del Continente se estan cons­ truyendo megaproyectos hbteleros en 8iti08 remotes, doride el cuerpo de bomberos mas cercano con los equipos necesarios queda a horas de distancia. Algunos de estos proyectos han incorpo­ rado voluntariamente medidas de 8eguridad contra incendios. Sin embargo, existen miles de edi­ ficaciones con la arquitectura del primer mundo, pero con sistemas de seguridad humana y protecci6n contra incendios con la tecnologia de los edificios de tres pisos de antafio. Es en estos edificios que esta ocurriendolo inimaginable, mientras que Ie pedimos a nuestros departamen­ tos de bomberos que hagan 10 imposible. Existen en nuestro continente muchos problemas y riesgos potenciales en seguridad contra incendios que son tan complejos y tan importantes como los de otros paises tal vez mas desa­ rrollados. Riesgos unicos como por ejemplo:

C

• Un buque petrolero cargado de materiales inflamables se accidenta mientras atraviesa una esc1usa del Canal de Panama; • EI narcoterrorismo inida un incendio en un tribunal neno de gente y sobrecargado de ar­ chivos combustibles; • Un transformador se incendia en una cavema de generaci6n hidroelectrica construida 1 Ian bajo tierra; • Se incendia un hospital de gran almra con dentos de camas, sin ninguna medida de defensa al avance de un incendio, con escaleras abiertas desde su satanG al piso superior y sin sis­ temas de proteccion activa contra incendios. Problemas complejos como par ejemplo: • Como solucionar, en ciudades densamente construidas, la problematica de seguridad hu­ mana en edifidos de gran altura construidos hace muchos anos con una sola escalera abierta de evacuacion; • En ~a gran refineria de petroleo, como redisenar de una manera racional una red contra incendios existente de muchos kilometros de longitud que no cumplela nOmiativa intema­ cional y en la cualse han invertido decenas de millones de dolares; • Como iniciar elproceso de certificacion profesional en ingenieria de proteccion contra in­ cendios en una region donde todavia no existen escuelas que formen profesionales en esta materia. l,Sera que nos hemos tirado al agua antes de aprender a nadar? Posiblemente sf. l,Encon­ traremos la soluci6n solo con mejores departamentos de bomberos? Seguro que no . .:,Sera esta una batalla Quijotesca? Estamos convencidos que no, y vivimos con la esperanza de que todos los Latinoamericanos juntos encontremos la solucion a nuestros problemas de seguridad contra incendios. Esta solucion la podremos encontrar mas rapido de 10 que creemos si reconocemos, si somos concientes del hecho que convivimos en un mundo con pafses mas desarrollados que han encontrado ya muchas respuestas a sus problemas de seguridad contra incendios y si acep­ tamos que los tip os de construccion utilizados aquf y alla son mas parecidos de 10 que creemos. Debemos reconocer que poco a poco, .a nuestra manera, estamos encontrando consenso sobre emil es la soludon mas apropiada para nuestros problemas de seguridad contra incendios. Cada ilia mas gente esti de nuestro lado tratmdo de hacerlo mejor, buscando la excelencia en sus soluciones y que ha encontrado que la mejor politica, la mejor guia, 10 mas costo-eficiente, es respetando los criterios establecidos poria NFPA. Nunca podemosolvidar que los edificios, las estmcturas y los sistemas de protecci6n con­ tra incendios que no alcanzan niveles aceptables de proteccion contra incendios nos afectan a

xvii

Ing. Jaime Moncada Perez, CEPI Ing. Jaime Andres Moncada, PE

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Introducci6n

todos en nuestra sociedad. En primer lugar, afecta al usuario que no obtiene seguridad acepta­ ble en su instalacion a pesar de haber invertido mucho dinero en proteccion contra incendios. Tambien pierden las compafiias aseguradoras y las autoridades locales, pues es posible que en los proyectos que estas inspeccionen y/o aseguren no se encuentren los niveles minimos acep­ tables de autoproteccion. Pierde el fabricante/instalador ya que, en un ambiente sin niveles mi­ nimos establecidos de proteccion, la competencia entre licitantes se convierte en una COITIPetenclLa de precios globales y, muy probablemente, la propuesta ganadora no inc1uya sufi­ ciente equipo para que el sistema sea realmente efectivo. Pierden tambien los ingenieros de pro­ teccion contra incendios porque para ellos es dificil competir con disefiadores que no han esrudiado nuestra tecnologfa, ni entienden la complejidad de este tipo de ingenieria y que dise­ nan 10 que el cliente quiere pero no 10 que necesita, suministrando sistemas que simplemente se ajustanaLpresupuesto.disponible..Sobreiodo•.pie.cdenJQsJ;;htdadllnQl'lgomW1.es,.qyi~~:;.~~!4rt expuestos a un latente en sus sitios de trabajo, de vivienda, de esparcimiento, de estudio y de visita. La solucion a corto plazo la tiene el principal interesado, el usuario de la proteccion contra incendios. El usuario tiene la potestad de inc1uir profesionales calificados, responsables e inde­ pendientes en tales como ingenieros de pl;oteccion contra incendios para que 10 ase­ soren y, a traves de su asesoria, contratar al instalador mas eficaz y calificado, 10 cual no siempre implica una contratacion de la oferta de menor costo.

No Tenemos Estadisticas de Incendios en Latinoamerica: EI director del departa­ mento de y analisis de incendios de la NFPA, el Dr. John Hall, dice: "Buenas es­ tadisticas de incendios son esenciales para establecer buenas politicas en seguridad contra incendios". Esto nos debe hacer retlexionar acerca del hecho de que en el contexto Latinoame­ ricano no existan estadfsticas sobre incendios. Efectivamente, la Asociacion Internacional para el Estudio de Asuntos Economicos sobre conocida como The Geneva Association por­ que tiene sede en Ginebra, Suiza, y quien publica anualmente el "Informe Mundial sobre Esta­ dfsticas de lncendios", no incluye mnguna estadistica acerca de Latinoamerica. De igual manera, el Comite Tecnico Internacional para la Prevencion y Extinci6n de Incendios 0 CTIF, con sedes en Berlin y Paris,que analiza estadisticas de incendios a nivel mundial, apenas empezo a traba­ jar con Costa Rica, Peru y la Ciudad de SanPauloi , pero alinnoha obtenido informacion basica como el mimero de muertos por incendios 0 el costa de los incendios en estos paises. Aunque muchos departamentos de bomberos Latinoamericanos tienen estadisticas, estas no se pueden usar a nivel internacional puesto que no son comparables al no haber seguido el protocolo esta­ distico preestablecido por las organizaciones anteriormente mencionadas. A diferencia de los Estados Unidos, donde hay un incendio residencial aproximadamente cada minutoii, en Latinoamerica las residencias son mas seguras porque estan construidas prin­ cipalmente de materiales poco combustibles, como elladrillo y el cemento. Desde el punto de vista residencial;es va.ildO dedr queestamos meior en que en Estados Unidos, pais donde aproximadamente el 80%iii de las muertes por incendio ocurren en el hogar. Sin em­ bargo, en Estados Unidos, los incendios residenciales ocasionan aproximadamente el 50%iv del total de los danos a fa propiedad. Aunque en Estados Unidos no causan un rnlmero estadistica­ mente significativo de muertes, los incendios en edificaciones y en la industria tienen un costo desproporcionadamente alto. Es alIi donde tenemos que nuestra atencion puesto que nuestra realidad es aun mas preocupante. Es precisamente este tipo dearquitectura y de pro­ cesos industriales los que estamoscopiando a pasos cada vez mas acelerados y desafortunada­ mente, en muchos casos, los disefiamos, construimosy llevamos a cabo sin inc1uir los requerimientos minimos necesarios para obtener una proteccion contra incendios aceptable. Los terribles incendios vividos recientemente en Asuncion, Buenos Aires y Caracas apun­ tan a que nuestro problema esta centrado en las edificaciones ya sean ocupaciones sa­ nitarias, mercantiles, penitenciarias, de reunion publica, edificios de gran altura e industria. Sorprendente para muchos, el recuadro anexo nos demuestra que en los ultimos 10 arros hemos ganado en Latinoamerica la triste distinci6n de tener cinco de los diez peores incendios a mvel mundial. Sin embargo, en nuestra region la gran mayoria de los incendios con muertes mUltiples o perdidas multimillonarias pasan desapercibidos fuera de su lugar de origen y generalmente no son debidamente documentados desde el punto de vista de la seguridad contra incendios. Por consiguiente, no estamos aprendiendo de ellos.

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A manera de ilustraci6n y como ejemplo, en Abril de 2008 ocurrio un incendio en una discoteca en Quito. La Discoteca Factory donde murieron 18 personas. Este fue un incendio con caracteristicas ya conocidas en la regi6n: fuegos artificiales utilizados por la banda, acabados interiores combustibles, vias deevacuaci6n inaceptables, falta de sistemas automaticos de ~xtinci6n y el recinto con sobrecupo. Este incendio fue uno de una importante racha de incendios similares en Latinoamenca: Disco Cromagnon, Buenos Aires, Diciembre/04, 191 muertos; Disco La Guajira, Caracas, Febrero/02, 47 muertos; Disco Utopia, Lima, Julio/02, 29 muertos; y Disco Lobohombo, Ciudad de Mexico, Agosto/04, 21 muertosv. Estos son los ejemplos mas recientes. S610 en este mileno, mas de 300 muertos en discotecas sin contar las decenas de otros incendios con pocos muertos en discotecas que han pasado desapercibidos por nuestro radar. Un caso muy diciente para toda nuestra region es el del exclusivo Club EI Nogal en Bogota donde, en el ano 2003, una bomba y el incendio asociado causaron la muerte de 36 personasvi.La bomba destruy61afachada y la unica escalera de incendios de este edi­ ficio. Aunque seconoce el nllinero total de muertos y heridos, no se sabe cuantas personas murieron por el incendio que siguio al aten­ tado y dejo atrapadas a muchos ocupantes en los pisos superiores del edificio. Los estudios efectuados posteriormente se centraron en una problematica estructural y de seguridad fisica del edificio,pero no detectaron que eledificio no tenia una segunda salida de es­ cape resistente al fuego, ni un sistema automatico de extincion como 10 requiere 1a normativalffPA. El edificiofue reinaugurado sin una adecuada proteccion contraincendios. La mayona de estos grandes incendios tienen un costo altisimo para nuestra socledad. Muchas fuentes en Venezuela han estimado el costa de reconstrucci6n de la Torre Este del Parque Central, luego de un devastarlor incendio ocurridoen un edifico de 56 pisos en Caracas enOctubrede 2004, en US $250 millonesvil , 10 cual no parece demasiado .en comparaci6n con el costo de las Torres Gemelas de Nueva York, estimada en unos US $9.600 millones (daiios a la propiedad Unicamenteriii • Lo que pasa desapercibido es que laeco­ nomia de los Estados Unidos es 100 veces mas grande que la economia VenezolanaiX, es decir queel impacto monetario directo sobre la economia locales de mas de dos y media veces mas alto en el incidente de Caracas que en el incidente del II de Septiembre. /,Po­ dna ser que el impacto de todos los incendios, en relacion con e1 Producto Interno Bruto, fuera mas alto en Latinoamerica que en los paises desarrollados? Es posible, pero simplemente nadie 10 sabe.

l.Es la Solucion una Mayor Regulacion contra Incendios?: Es un hecho que la mayona de los cMigos de construcci6n de la region inc1uyen muy pocos requerimientos para la seguridad contra incendios. Las excepciones son contadas. En los foros de se­ guridad contra incendios en que participamos es muy comun que los asistentes rec1amen una mayor regulacion en la seguridad contra incendios. Ellos reflejan su frustraci6n al no poder vender mits equipos 0 sistemas, a la fria acogida que tienen sus ideas cuando las exponen ante sus jefes, a 1a parquedad que muestran los promotores, ingenieros y arquitectos de grandes obras cuando les sugieren la inclusion de niveles minimos aceptables de seguridad contra incendios. Pero, tal vez la realidad seaotra Desde nuestr.a 6ptica existe en L.atinoamerica un extenso y creciente mercado de seguridad con­ tra incendios. Es asombroso pensar que miles de obras y proyectos incluyen sistemas de seguridad contra incendios y la gran mayo­ ria de estos se hacen de manera voluntaria. Sin embargo, aunque hay muchos proyectos que incluyen sistemas de seguridad contra incendios, la mayona de los proyectos no los inc1uyen 0 incluyen soluciones parciales, y es por eso que existe esta frustraci6n. Tam­ bien existe frustracion porque muchos proyectos de seguridad contra incendios continuan siendo disefiados, instalados y mantenidos

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por compaiiias que no estan capacitadas para ello. No debe ser extraiio para muchos de los miembros de la NFPA, sobre todo para aque­ 110s que han tomado nuestros cursos de formaci6n profesional y que han buscado hacer las cosascada vez mejor, que encuentren di­ ficultad para vender sus productos y sistemas. Esto ocurre porque tienen que competir contra ofertas de menor costa y, muchas veces, la oferta ganadora es aque11a saluci6n inferior ala norma, mal disefiadaomalinstalada. Contrario a 10 que convencionalmente pudieramos pensar, en aquellos parses Latinoamericanos donde los c6digos de construc­ CIon mas de la seguridad contra incendios, se encuentran mas instalaciones "sub-esmndar" (inferiores a la norma). Esto es sui generis, pero ocurre por dos razones. La primera, por la fuerzade la competencia del mercado y la segunda, por simple corrupci6n. En aquellas pocas ciudades Latinoamericanas donde; por ejemplo,esrequerida una instalaci6n derociadores automaticos 0 sistemas de detecci6n en edificios de gran altura, los promotores de esos proyectos, en Sll afan de bus car un mejor margen economico, contra­ tan instaladores sanitarios, electricos 0 de seguridad fisica (cuyo conocimiento de la seguridad contra iucendios pudiera ser informal), quienes instalan sistemas que pueden no cumplir con ningUn tipo de normativa y muy posiblemente no detectan 0 controlan incendios. Hay reglatl1entaciones, . per<:lIl()Jl(lXllIl(l.A-21t?ri<1Ji~S()IQP(;:~Il!~_"qlle}a~l1_ll:gii:c:"Ul11plir_~____~_._ .... _... .... " ... . Sin embargo, hay areas de real progreso dignasderesaltar, las cualesn0s .danideassobre como proceder en el futuro. Por ejem­ plo, varias compaiiias de instalacion de sistemas de proteccion contra incendios que se especializan en el sector industrial en Chile, Colombia, Mexico y Venezuela, donde los clientes finales son con frecuerteia firmas multinacionales, hacen un excelente trabajo. Ade­ mas, una buena revision por parte de las compafifas que aseguran riesgos altamente protegidoses cada vez mas comUn, motivando a que los disefiadores e instaladores hagan las cosas cada vez mejor. En mercados mas establecidos en seguridad contra incendios, que a proposito no se encuentran ni en los paises lllaS avanzados ni en los mas ricos (ejemplos, Colombia y la Republica Domiuicana), existen unas pocas compaiiias que han educado a un gropo importante de usuarios y elIos a su vez han visto el beneficio de requerir una buena ingenieria de proteccion contra incendios y contratar solo a los contratistas especializados. En Puerto Rico, el mercado mas avanzado de la donde despues del gran incendio del Hotel Dupont Plaza, con 97 muer­ tos y 146 heridos en 1986", el N egociado de Prevencion contra Incendios del Departamento de Bomberos ha introducido paulatina­ mente mejores y mas sofisticadas regulaciones para incrementar los niveles de seguridad contra incendios en la isla. Recientemente, Puerto Rico aprob6 un nuevo Codigo de Seguridad Humana y Protecci6n contra Incendios (que incluye casi toda la NFPA 1 y tex­ tualmente la NFPA 101), adaptado en su parte administrativa a la realidad Puertorriquefia. Sin embargo, la solucion para la mayoria de nuestros no es tener mas regulaciones. Una efectiva y eficiente seguridad con­ tra incendios no se puede obtener por decreto. Se obtiene cuando el usuario entienda que la seguridad contra incendios es importante y cuando entienda que las compafiias especializadas son id6neas para disefiar, instalar y mantener los sistemas de proteccion contra incendios. Se obtiene cuando exista un grupo de disefiadores e instaladores eticos, formados y que ofrezcan calidad como su producto finaL Se obtiene cuando exista una autoridad competente seria y capacitada. Una vez que estos tres factores esten presentes, podre­ mos entonces decretar regu1aciones contra incendios que sean mas amp lias y profundas. (,Como Funciona la Industria de la Seguridad contra Incendios en los Estados Unidos?: Una pregunta recurrente, pro­ pia de los usuarios Latinoamericanos de la proteccion contra incendios, es como funciona la proteccion contra incendios en nuestro vecino del norte, pais de origen de la NFPA. La pregunta es logica porque, aunque la NFPA tenga muchas normas sobre diversos temas, no tiene una norma que regule 0 des crib a el modus operandi de la seguridad contra incendios. Sin embargo, en Estados Unidos la in­ dustria de la seguridad contra incendios esta regulada casi como ninguna otra, sigue canones de etica elaros y sus principales actores son certificados pOI diversas entidades. Entonces, describamos la seguridad contra incendiosen Estados Unidos, la cualde manero ilustrativapodriamos -equiparar con una mesa" soUda· con cuatro"patll$" . Estas«patas" estancompuestas por la autoridad competente, el ingeniero de protecci6n contraiucendios, el instalador calificado y el usuario. Por otro lado, en Latinoamerica en terminos genera­ hace de ingeniero deprotecci6n les, la mesa ha estado sostenida s610 pordos "patas" representadas por el iustaladorque casi contra incendios y el usuario que igua1mente,tambien hace de autoridad competente. Describamos en detalle lascuatro"patas" que componen la seguridad contra incendios en los Estados Unidos. La primera "pata" es la autoridad competente representada por la oficina de prevencion de incendios de una ciudad 0 estado (llamado Fire Marsha!), que tiene como funci6n hacercumplir las regulaciones de prevencion de incendios. En Estados Unidos, cada estado de la Union Ameri­ cana tiene su propio c6digo de construcci6n. Estos estados a su vez han adoptado la mayor parte de la normativa NFPA La autoridad competente revisa los pIanos para construcci6n en temas de seguridad humana y protecci6n contra incendios, utilizando inspectores tecnicos calificados, que en ciertos casos son arquitectos e ingenieros.Muchos de estos iuspectores han sido certificados como Ins­ pectores de Proteccion contra Incendios (Certified Fire Inspectors), Inspectores de Edificaciones (Certified Building Inspectors) y/o Examinadores de Proyectos de Protecci6n contra Incendios (Certified Fire Plan Examiners) por la NFPA y enjurisdicciones grandes pueden ser tambien ingenieros de protecci6n contra incendios con certificaci6n profesiona1 (Professional Engineers). La etica y se­ riedad de 1a autoridad competente es intachable; es decir, que la interacci6n con la autoridad competente se lleva con gran seriedad y profesionalismo. Debe mencionarse que en riesgos importantes como edificaciones industrias e instalaciones petroleras y quimicas, los aseguradores (incluyendo corredores de seguros y reaseguradores) juegan un papel importante que puede ser tambien descrito como el de la "autoridad competente". Este asegurador, a traves de sus asesores de riesgos, define, revisa y aprueba la seguridad contra in­ cendios en este tipo de instalaciones. Muchos de estos asesores de riesgos reciben de sus empleadores un entrenamiento riguroso y es cada vez mas comtin ver que estos mismos asesores de riesgos han sido certificados por la NFPA como Especialistas en Proteccion

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contra Incendios (Certified Fire Protection Specialist 0 CFPS), el equivalente al CEPI. La segunda "pata" es el ingeniero de proteccion contra incendios (Fire Protection Engineer), quien, por su lado, tiene la respon­ sabilidad de establecer laestrategia de seguridad contra incendios de la instalacion, asi como la de espe.cificar y disefiarlos sistemas de seguridad humana y proteccion contra incendios, ademas de inspeccionar y recibir estos mismos sistemas durante y despues de su instalaci6n. Su funcion es la de ser tambien el interlocutor con la autoridad competente en representacion del usuario 0 duefio de la instalacion. La mayoria de este tipo de ingenieros consultores son ingenieros graduados en proteccion contra incendios. Todos estos ingenieros que deciden practicar consultorfa en ingenierfa de incendios, ya sean graduados en proteccion contra in­ cendios 0 en otras ramas de la ingenierfa, deben pasar un examen de certificacion (Board Examination) en proteccion contra incen­ dios, en el Estado donde trabajan. 8i aprueban este examen, reciben el titulo de ingenieros profesionalmente certificados (Professional Engineer, conocido mas por su ciclas PE), que les permite legalmente disefiar sistemas y sellar pianos ante la autoridad competente en su area de especialidad, en este caso, la proteccion contra incendios. Aunque puede sonar irrelevante, se debe mencionar que 8i­ guiendo .elcanon de eticadel ingeniero profesionalcertificado, este no debe recibircompensaci6n econ6mica del fabricante 0 insta­ lador de ningun equipo que recomienden 0 disefien. La tercera "pata" es el instalador calificado, el conjunto de companias que instalan los sistemas contra incendios (rociadores au­ tomaticos, alarma y deteccion de incendios, gases limpios, equiposde protecoionpasiva, elementos de evacuacion y sistemas espe­ ciales de supresi6n, entre otros). Este conjunto de companias es el grupo economicamente mas fuerte y, en el mundo globalizado de hoy, estas compafiias son multinacionales con operaciones verticalmente integradas que realizan desde la fabricacion de los equipos, pasando por su instalacion y terminando en el mantenimiento y prueba de los sistemas contra incendios. Lo que debe quedar claro para la audiencia Latinoamericana es que el instalador muy rara vez especifica 0 disefia los sistemas contra incendios. Es importante re­ calcar tambien que el conjunto de compafiias instaladoras casi nunca contrata ingenieros profesionales certificados, pues estos insta­ ladores no tienen que presentar los pIanos firmados por un ingeniero ante la autoridad competente para su aprobaci6n, siendo esta la facu1tad del ingeniero de incendios. Lo anterior requiere posiblemente una explicaci6n mas profunda. En los Estados Unidos, el ingeniero de proteccion contra in­ cendios. ademas de establecer la estrategia de seguridad contra incendios (a traves del Plan Maestro de Seguridad contra Incendios), tambien disefia y especifica los sistemas de protecci6n contra incendios. En los proyectos nuevos, el nivel de detalle de la ingenierfa es menos profundo que en los proyectos existentes, donde se estarfa mejorando las condiciones de seguridad contra incendios. Estos proyectos pasan por una revisi6n por parte de la autoridad competente y si estan correctos, reciben un permiso de construcci6n. In­ mediatamente despues, generalmente por licitacion, el proyecto es contratado con un instalador especializado en protecci6n contra in­ cendios. Este instalador desarrolla una ingenierfa de detalle que es generalmente revisadapor el ingeniero de protecci6n contra incendios. Luego de la instalaci6n del sistema, el instalador elabora los pIanos de instalacion (shop drawings), que dependiendo de 1a jurisdiccion son tambien revisados y aprobados por la autoridad competente. En el desarrollo de la ingenieria de detalle y de los pIa­ nos de instalaci6n, el instalador utiliza, porque asi 10 requiere la autoridad competente, disefiadores 0 tecnologos certificados (que nor­ malmente no son ingenieros) que han obtenido un nivel III 0 IV de certificacion ante el National Institute for Certification in Engineering Technologies (NICET), en su area de especialidad (rociadores automaticos, alarmaldetecci6n, sistemas especiales y prueba/inspeccion de sistemas). Al final del proyecto, se realiza 1a recepci6n del proyecto 1a cual es observada por el ingeniero de pro­ tecci6n contra incendios y la autoridad competente. Finalmente, la cuarta "pata" representa al usuario, quien puede ser el dueno, operador y durante la fase de disefiode construc­ ciones comerciales, generalmente es el arquitecto, qui en en los Estados Unidos tiene 1a responsabilidad decontratar todas las e8p.e­ cialidades que requiera el proyecto. En instalaciones industriales, es corou.n encontrarque e1 interlocutor, por parte del usuario, es el jefe de seguridad (safety manager) quien posiblemente ha sido Certificado como Especialista en Protecci6n contra Incendios (CFPS o su equivalente CEPI en espanol) por laNFPA Este modus operandi,que debemos recalcar no es perfecto y puede tener diferentes matices entre jurisdicciones, funciona bien en los Estados Unidos y deberfamos tenerlo en cuenta cuando iniciamos proyectos de seguridad contra incendios en Latinoamerica. EI Plan Maestro de Seguridad contra Incendios: La mejor estrategia para identificar y mitigar los riesgos de incendios es la elaboracion de un Plan Maestro de Seguridad contra Incendios, ya sea en una instalacion existente 0 en el proceso de diseno de una instalaci6n nueva. Es la mejor gufa para adecuar, de la manera mas racional y coherente po sible, la instalacion a un nivel aceptable de seguridad contra incendios. Profesionales en ingenierfa de protecci6n contra incendios extemos son la manera mas comun de lograr este objetivo, eso sf, con la debida discusi6n y revisi6n de todos los interesados en la instalaci6n, para que las recomendaciones sean factibles y cuenten con el apoyo interno necesario para que puedan ser llevadas a cabo. En el analisis de la seguridad contra incendios de una instalaci6n se debe tener, sobre todo, rigor normativo. Un nivel aceptable de seguridad contra incendios se obtiene analizando una estructura, edificio 0 complejo como un todo, inc1uyendo la evaluaci6n de la seguridad humana (medios de egreso, sefializacion, ilurninaci6n); la definicion, disefio e instalacion de los sistemas de supresi6n y de alarm.a, detecci6n y notificaci6n; la especificacion y limitaci6n de los contenidos interiores; acceso al departamento de bomberos y exposici6n a riesgos adyacentes; y la definicion, disefio y construccion de los elementos que confman un incendio. En el proceso de construccion, entre mas temprano se evaluen todos los elementos que llevan a un edificio 0 estructura a alcanzar una seguridad con­ tra incendios aceptable, mas efectiva y, generalmente, mas economica seran las soluciones encontradas. La 1-.TFPA ha desarrollado, para la mayoria de los riesgos, una metodologfa prescriptiva con la cuallos edificios y estructuras son

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evaluados desde el punto de vista de su uso u ocupaci6n. Segun este concepto, cada ocupacion tiene requerimientos diferentes a otros tipos de ocupaciones (es deeir, los requerimientos de seguridad de un hospital son diferentes que los de un edificio de almacenamiento). Pero tambien, debido a la diferentearquitectura de cada edifico, el analisis normative dani un resultado diferente para cada edificio, as! sean de una misma ocupacion. SegUn se menciona en varias secciones de este Manual, todo proyecto debe empezar con un Plan Maestro de Seguridad contra Incendios elaborado por un grupo de ingenieros de protecci6n contra incendios competente, experimen­ tado e independiente, que siguiendo la normativa de la NFPA asesora al equipo de arquitectos e ingenieros diserrando edificios 0 ins­ talaciones. Para la mayoria de las ocupaciones, esto implica un detallado analisis de las normas NFPA 101; C6digo de Seguridad Humana (Life Safety Code®); NFPA 1, C6digo de Prevenci6n de Incendios (Fire Code); y el Capitulo 7 (Edici6n 2009) de NFPA 5000, C6digo de Construcci6n y Seguridad de Edificios (Building Construction and Safety Code®). En una regi6n donde Ia autoridad competente tiene poca incidencia en la calidad del disefio, instalaci6n y mantenimiento de las instalaciones contra incendios y en donde, en ter­ el usuario de protecci6n contra incendios tiene limitadas for­ milIos globales,. el. asegurad()r no tiene la capacidad de llenar la mejor soluci6n mas de saber si esta tomando la via correcta. Po; consiguiente, el Plan Maestro de S~guriillid ;~~tr~·Incendios a este problema.

i.. Que es un Ingeniero de Protecci6n contra Incendios?: Lo hemos ya mencionado y 10 haremos recurrentemente en este Ma­ nual; nos referimos a la figura del ingeniero de protecci6n contra incendios. La ingenieria de proteccion contra incendios es uno de los secretos mejor guardados. La historia inicial de la ingenieria de protecci6n contra incendiosx1 se tiene que remontar ala antigua Roma, donde el Emperador Romano Neron mando que escribieran un Codigo Constructivo en el que se requeria la utilizaci6n de materia1es resistentes al fuego en los muros exteriores a las viviendas. Mas tarde, en el siglo XU en Londres, se encontraron regulaciones que re­ querian 1a construcci6n de paredes de piedra de 90 em de ancho y 4,90 m de altura entre edificaciones, con el objetivo de que sirvie­ ran como barreras cortafuego. Pero, s610 fue hasta la revolucion industrial en Gran Bretafia, en el siglo XVIII y mas tarde en los Estados Unidos en el XIX, cuando se cambia 1a cara de la ingenieria de protecci6n contra incendios. En esa epoca se inida la construc­ ci6n de fabricas de pisos multiples, bodegas de gran tamafio, edificios altos y procesos industriales de alto nivel de riesgo, que hacen evidente la necesidad de desarrollar nuevas tecnologias de protecci6n contra incendios. Fue en Nueva Inglaterra a finales del Siglo XIX, y luego de varios espectaculares incendios, euando nace la NFPA, los seguros contra incendios y la ingenieria modema de pro­ tecci6n contra incendios. Los de protecci6n contra incendios a nivel mundial deben colegiarse a traves de la Society ofFire Protection ers (SFPE), con sede en Bethesda, Maryland, Estados Unidos. La SFPE es una institucion que asocia aproximadamente 5000 profe­ sionales de de protecci6n contra incendios alrededor del mundo, agrupados en 57 capitulos. La sociedad hace avanzar la ciencia y la pcictica de la ingenieria de proteccion contra incendios y promueve la continuidad en la educaci6n de esta ingenieria a tra­ ves de publicaciones, conferencias internacionales y oportunidades de educaci6n a distancia. La colegiaturaen la SFPE se hace a traves de una postulaci6n como Miembro Profesional(?rofessional Member). El primer paso es volverse miembro de la asociacion, 10 cual funciona de forma similar a la membrecia en la NFPA. El objetivo de todo profesional con responsabilidades en disefio, asesoria Y'pericia en protecci6n contra ineendios es obtener la Membrecia Profesional en la SFPE, ya que esta reconoce que nuestros pares en esta profesi6n certifican nuestra experiencia en ingenieria de proteceion contra incendios. Los requerimientos para obtener el grade de Miembro Profesional varian dependiendo del tipo de grado profesional que uno tenga y de donde 10 haya obtenido (las universidades del primer mundoque han recibido certificaci6n de sus programas de ingenieria penni­ ten que sus egresados demuestren menos afios de experiencia). Para nuestros propositos en Latinoameriea, un profesional con un grado de ingenieria requiere seis afios de experiencia en ingenieria de proteccion contra incendios y de esos seis arros, por 10 menos tres en "responsabilidad directa". Es decir, uno debe demostrar que ha trabajado bajo la tutela de otro ingeniero de incendios por tres arros ytres mas dirigiendoproyectos de protecci6n contra incendios. Es importante obteneruna carta de recomendaci6n de uno 0 mas Miembros Profesionales de la SFPE. Toda esta infonnaci6n se obtiene enelsitio web de la SFPE (www.sfpe.org). En los Estados Unidos, y ojala algun dia en Latinoamerica, es requerida una licencia como profesional (Professional Engineer 0 PE) para poder ejercer esta profesi6n. Para obtener esta calificaci6n profesional se requierela aprobaci6n de dos exame­ nes independientes en tiempo y alcance. E1 primer examen se puede tomar inmediatamente despues de obtener el grado universitario y se llama "Fundamentos de Ingenieria" (FE), que es un examen sobre las bases de la ingenieria, con 8 horas de duracion y 160 pre­ guntas de respuesta mUltiple. Las preguntas tocan las ciencias de la electricidad, quimica, mecanica defluidos, termodimimica, mate­ maticas, dinfunica, economia y estadistica. Este examen tiene un porcentaje de aprobacion de aproximadamente 74% para quienlo toma la primera vez y del 29% para 10 repitenxii • EI segundo paso es mucho mas complicado, porque para tomado requiere evidencia de que el candidato a la certificaci6n ha tra­ bajado durante cuatro afios bajo la directa supervision de otros ingenieros certificados en el area de haya escogido. Este examen es de 8 y tiene preguntas cuyas respuestas deb en desarrollarse y comportamiento men hene un 20% de preguntas sobre el analisis de la proteccion contra incendios, 15% sobre la ciencia del humano, 35% sobre disefio de sistemas de protcccion contra incendios y 20% sobre sistemas pasivos de proteeei6n contra incendios. De acuerdo al NCEEs xiii , el consejo nacional que en Estados Unidos administra el proeeso de certificacion ("licensing" como se llama en Ingles), el examen de ingenieria de protecci6n contra incendios es uno de los mas dificiles de todas las ramas de ingenieria, con un porcentaje de aprobaci6n del 51 % para quien 10 toma por primera vez y de 32% para quienes 10 repiten. Posiblemente, el porcentaje

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de aprobacion es bajo porque los ingenieros no graduados en ingenieria de incendios toman el examen sinhaberadquirido las sufi­ cientes bases de conocimiento en ingenieria deproteccion contra incendios. Comparativamente, los examenes de ingenieria quimica y de industrial tienen un porcentaje de aprobaci6n del 79%, el de petrolera del 73%, el de mecanica, electrica y computacion del 70% yel de civil del 60%. Obviamente la manera mas directa y efectiva de seguir una carrera de ingenieria de proteccion contra incendios es estudiandola. De acuerdo a informacion catalogada por la SFPE, existen hoy dia programas de ingenieria de protecci6n contra incendios en Estados Unidos (2), Canada (1), Escocia (J), Irlanda del Norte (1), Suecia (l), Hong Kong (l)y Nueva Zelanda (1). Existen tambien progra­ mas de tecnologia de la ingenieria de protecci6n contra incendios en Estados Unidos (5), Japon (l),Alemania (1) y Dinamarca (I). La diferencia entre una carrera de ingenieria y una de tecnologia de la ingenieria es que la primeraesui acreditada ante los colegios certificadares de ingenieros profesionales y las de tecnologia se concentran prioritariamente en entrenar al ingeniero que trabajaria par ejemplo para una industria 0 una autoridad competente. La tecnologia de ingenieria de incendios mas reconocida en los Estados Uni­ do!> es III de-Oklahoma State University (v.-vrw.ipstokstate.edu), por dondehan pasado el mayor numero de Latinoameticanos, la ma­ yoria venezolanos. La mejor opcionpara residentes Latinoamericanos es la de obtener una maestria en ingenieria de incendios, a traves de forma­ ci6n a distancia. Dos de las universidades mas respetadasen ingenieria de proteccion contra incendios, la Universidad de Maryland, en la afueras de Washington, DC, Estados Unidos (www.ipe.umd.edu)yWorcesterPolithecnicInstitute.cercadeBoston.MA. Esta­ dos Unidos (wv.'W.wpi.eduJAcademics/Depts/Fire/), ofrecen excelentes programas de posgrado en linea. Otra opci6n son las Univer­ sidades Europeas donde existen facilidades de estudio a traves de becas intergubernamentales. Las dos mas reconocidas son la Universidad de Edinburgo, Escocia (www.see.ed.ac.uklfire/)ylaUniversidaddeLund.Suecia(v..v..W.brand.lth.se). Tanto la SFPE como las universidades antes mencionadas ofrecen en sus siti08 web, informacion detallada sobre 10 que es un ingeniero de protec­ ci6n contra incendios, inc1uyendo videos y panfietos.

La Certificacion de Especialistas en Protecci6n contra Incendios (CEPI): El CEPI es una credencial profesional a nivel de tecn6logo (no de ingenieria) de conocimiento en protecci6n contra incendios que por primera vez ofrece una certificacion profe­ sional a la comunidad de la protecci6n contra incendios en el mundo hispano parlante. Siguiendo la estrategia de desarrollo profesio­ nal de la NFPA,el programa CEPI es ofrecido enteramente en castellano. La meta del programa CEPI es la de fomentar el desarrollo de la disciplina de la protecci6n y prevencion contra incendios en paises de habla hispana. Esta certificacion es un balance entre la educaci6n y la experiencia, y brinda una oportunidad para que el tecn610go en proteccion contra incendios con formaci6n practica, logre un reconocimiento como especialista. Esta certificaci6n esta dirigida a gerentes de riesgos, aseguradores, gerentes de seguridad, consultores de riesgos, oficiales de bomberos, inspectores de incendios, e instaladores de sistemas de protecci6n contra incendios, quie­ nes pueden ser 0 no ingenieros de diferentes especialidades. No esta dirigida a quien 10 toma como ingeniero de proteccion contra in­ cendios 0 como disefiador de sistemas contra incendios. El programa CEPI inc1uye dos pasos importantes en el proceso de certificaci6n. Primero, el metodo del program a proporciona al candidato un periodo de autoevaluacion, aprendizaje y mejoramiento durante e1 proceso de documentacion sobre su experiencia pro­ fesional y la necesaria preparaci6n para el examen de certificacion. Durante este primer paso, el candidato puede tomar un seminario de preparacion de dos dias y/o comprar una guia de autoestudio. EI segundo paso es ellogro de la certificaci6n CEPI, la cual proporciona al individuo el reconocimiento de sus cole gas, jefes y c1ientes como especialista en seguridad contra incendios. La certificacion se logra a traves de un examen de libro abierto de tres horas de duraci6n que consta de cien preguntas de seleccion multiple relativas a temas descritos en esta edicion del Manual de Protecci6n contra Incendios de la NFPA Si el candidato acierta el 70% de las preguntas, obtiene su certificaci6n. Para poder tomar el examen CEPI, los candidatos deben demostrar en un formulario de inscripci6n que tienen uno de los siguientes criterios de elegibilidad: • Grado de licenciado de una universidad de ingenieria, quimica u otros campos Mcnicos afmes mas dos anos de experiencia en el campo de la proteccion contra incendios. ' • Grado relacionado con tecnologias de un instituto tecnico 0 universidad mas cuatro anos de experiencia en proteccion contra in­ cendios. • Diploma de educacion secundaria mas curso practico en una escuela tecnica mas seis afios de experiencia laboral verificable, que sea progresiva, en el campo de la protecci6n contra incendios. Los poseedores de un certificado CEPI deben ser recertificados cada tres anos. Los requerimientos para la recertificaci6n se ob­ tienen a traves de un sistema de puntos que adjudica creditos par la obtenci6n de estudios continuos y su labor profesional en el campo de la proteccion contra incendios.

l.Es el Tecnicollngeniero CEPIEqujvalen~alJn Ingeniero deProteccion contra Incendios?: EI Certiticado de cialista en Protecci6n contra Incendios se ha interpretado, desafortunadamente, en muchos lugares de Latinoameriea como algo equi­ valente a la certificaci6n de ingenieria de proteccion contra incendios, 0 a un grade de ingenieria de proteccion contra incendios, 0 a la metodologia de trabajo de una firma establecida de ingenieria de protecci6n contra incendios. Unicamente el ingeniero de protec­ cion contra incendios, al recibir su grado profesional de ingenieria, al certificarse como ingeniero de incendios ante una autoridad com­

xxiv •

Introducci6n

petente y al colegiarse como miembro profesional a traves de la SFPE, puede ofrecer legal y moralmente sus servicios como ingeniero. Estos servicios incluyen el disefio de sistemas contra incendios, certificaci6n y/o aprobaci6n de sistemas contra incendios, ofrecer pe­ ricias y consulta en general sobre seguridad contra incendios. El Especialista CEPles equivalente a un tecn610go (alguien que no es un ingeniero) que ha recibido una certificaci6n que avala su conocimiento general en protecci6n contra incendios. Como 10 establece claramente la NFPA, el proceso de disefio, aprobaci6n, pericia y certificaci6n de sistemas de seguridad humana y protecci6n contra incendios esm limitOOo a los ingenieros colegiados dentro de su especialidOO especifica, es decir, colegiados en ingenieria de protec­ cion contra incendios. No es el objetivo de la certificaci6n CEPI la de calificar a los ingenieros de protecci6n contra incendios. Sin embargo, la certificaci6n CEPI es muy importante para nosotros .en Latinoamerica porque es la primera certificaci6n existente en la materia, aunque sea un primer paso. El CEPI esta dirigido a1 tecn610go (no al ingeniero) en protecci6n contra incendios. Debe­ mos recordar que esta certificaci6n fue ideada por la Secci6n Industrial de la NFPA para certificar al encargado de seguridad indus­ trial de una empresa (que puede no ser un ingeniero yque requiere un conocimiento general, no especifico, del tema). Inspectores de s~osen gstados IJ.ni
ii

un en estos dias, luego de un gran avance en la cienda de la proteccion contra incen­ dios, siguen ocurriendo tragicos episodioscausados por incendiosalrededor del mundo. Solo en la segunda mitad del siglo XX, la ciencia de la proteccion contra incendio se ha defmido, como una ciencia de ingenierfadiscreta; enriquecida con amilisisteorico, adelantosen la quimica y fisica, ensayos en laboratorios especializados, investigaciones en universidades y con el desarrollo de programas de simulacion, donde escenarios de incendios pueden ser anal­ izados mas eficientemente. Por siglos ha sido imposible conocer la naturaleza del fuego, por ello se Ie mitifico, se Ie adoro. Solo recientemente se empieza a entender los secretos de la reaccion quimica entre com­ bustibles, comburentes y fuentes de calor. Antoine de Lavoisier, padre de la quimica, hace mas de 200 afios dijo que cuando los reactantes en una reaccion de oxidacion-reduccion se calentaban lOoC, la velocidad de Ia reacci6n se doblaba. Pero todavia no se referia a los incendios. No ex­ isHan forrnas de penetrar y analizar la llama, de investigar, de conocer su origen y desarrollo, solo elucubraciones, sentido comlin, sin respaldo tecnico. Como resultado de la carrera belica, de la competencia por conquistar el espacio, de la guerra fria, se inicio la bUsqueda de nuevos materi­ ales, se avanz6 en el conocimiento de la materia, el mecanismo de la formacion de nuevos com­ puestos, el desarrollo de instrumentos y tecnicas para conocer mas el proceso de la combusti6n. La combustion es compleja. Decenas de productos solidos, Uquidos y gaseosos resultan de una combustion tan simple como la quema del algodon quirUrgico, en la cual se identificaron cerca de 80 productos diferentes. i,Que sucede, en un incendio en un almacen de departamentos, con los cientos de materiales involucrados? Podriamos evaluar cientos de parametros, como el es­ tado de la materia combustible como solido, liquido 0 gaseoso, material particulado, pulverizado, compacta 0 aglomerado, hfunedo 0 seco, sus caracteristicas como punto de ebullicion, punto de inflamadon 0 punto de inflamabilidad, confinado 0 al aire, temperatura de ignicion, limites de in­ flamabilidad, en mezc1as pobres, estequiometricas 0 ricas en agentes oxidantes como el aire, fuentes de calor, factores externos y fenomenos naturales, riesgos adyacentes, humedad relativa, y muchas cosas mas. Es decir, decenas de factores que pueden afectar cada escenario de riesgo. Ademas Ia presencia de hombres, rnujeres y nrnos que pueden causar 0 propiciar las condiciones para que se inicie un incendio 0 que pueden verse involu,crados en el. Es por eso que no hay dos incendios iguales. La alquimia de las reacciones posibles en un in­ cendio es una caja de Pandora. No hay respuestas absolutas. EI sentido comlin es util en la medida del conocimiento que se tenga del peligro y su comportamiento. No hay verdades absolutas solo muchos tonos de grises. Sin embargo, esta historia tiene un [mal positivo, pues toda esa experi­ encia y conocimiento tecnico, se ha recopilado y documentado en la normativa NFPA, que bien 0 mal, lleva mas de 100 afios refinandose y que en la mayoria de los casos nos ha servido bien, muy bien. Pero mas importante alin, que es un excelente ejemplo para nosotros en Latinoamerica, pueE!" al fin y al cabo Ie estamos sacando provecho gracias al sud~r y sufrimiento de otros. Pero SOD las tragedias las que mas han impulsado el desarrollo de la seguridad contra in­ cendios en los paises mas desarrollados (pero desafortunadamente no podemos decir 10 mismo de America Latina). Muchas de estas tragedias han sido el motor para la evoluci6n de los c6di­ gos y normas de seguridad contra incendios, para la creaci6n de laboratorios de ensayos de sis­ temas constructivos, de escuelas de ingenieria de protecci6n contra incendios, inc1uyendo programas de post-grado, de la creaci6n de programas tecnicos intermedios que buscan la cer­ tificaci6n de los instal adores de sistemas contra incendios, de los inspectores de prevenci6n con­ tra incendios y de tecnicos que revisan proyectos arquitectonicos desde el punto de vista de proteccion contra incendios.El reswtado
A

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Jaime Moncada Perez, CEPI

1-2 SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

. fuego.(Capitulo 1.3), de la teoria de la extincion.del fujOgo (Capitulo 1.4) y de la explosiones ..... (Capithlo 1:5) . ... ·Solo el.apego abuenas normas y codigos de seguridadcontra incendios, como los de la J>.'FPA;prouricidos bajo procesosccoI1 nlUchos aiiosde longevidad, transparentes y ba:iaceados, dondeparticipan muchos expertos dedicados,dementes lueidas, con miles dehorasde estudio, experiencia y reflexion, nos han permitido avaluar, disenary recomendar soluciones coherentes, eficaces y eficientes. Debemos, sin embargo, reconocer que no hay verdades absolutas y por 10 tanto, que es tambien la calidad del asesor, su erica, su experiencia, su bagaje academico, su conocimiento de la quimica y la fisica del fuego, de los principios de la termodinamica, de la hidr{mlica aplicada a incendios y la resistencia de materiales, es decir de los pilares y bases prin­ cipales de la ingenieria de proteccion contra incendios, que en conjunto con la normatividad !'I.Er,<\_c()11~tit1lY(3l1Jo§cllP:iento.s4e_ estaciel19ili y de esteart~·__ ._ En Latinoamerica, estamos apenas empezando y queda mucho, casi todo por hacer. Ten­ emos muy pocos especialistas en ingenieria de protecci6n contraincendios y los departamentos de bomberos, que en una gran mayoria son voluntarios, se dedican casi exc1usivamente al com­ bate de incendios (una actitud reactiva), que a la prevenci6n de incendios (una actitud proactiva). En nuestro entomo es practicamente desconocida la indispensable, de una Autoridad Competente. Los c6digos de construccion son pobres, por no decir inexistentes, en 10 que concieme a la seguridad contra incendios. Estamos dando apenas nuestros prim eros pasos adop­ tando yadaptando la normatividad de la NFPA. Los fundamentosde esta normatividad esta re­ sumida en el Capitulo 1.1, donde el concepto principal es que un edifico 0 estructura se analice como un todo, donde las vias de evacuacion, la sectorizacion, la proteccion con sistemas de supresion, la alarma y notificacion del incendio, entre otros mas, sean analizados al principio del proyecto arquitectonico.

TRADUCTORES Y REVISORES DE ESTA SECCION Esta Seccion fue traducida por Stella Duque Narvaez y revisada por el Ing. Ramon Dominguez, CEPI, Ing. Luis Cestari, PE y ellng. Jaime Moncada-Perez, C£PI.

CONTENIDOS DE LA SECCION 1 Principios del fuego y la ciencia del fuego

Capitulo 1.1 Fundamentos de Disefio de Edificios Protegidos contra Incendios Capitulo 1.2 Qufmica y Fisica del

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Capitulo 1.3 Dinamica del Desarrollo de Incendios en Compartimientos Capitulo 1.4 Teoriade la Extincion del Fuego Capitulo 1.5 Explosiones

1-37 1-47 1-61

Revisada par John M. Watts, Jr.

as pnicticas de disefio y construcci6n de edificios han cambiadosignificativamente durante el ultimo siglo. Hace un poco mas de 100 afios el acero estructural no se conocia, el hormig6n armado no se habia utilizado en aplica­ ciones estructurales y se acababa de construir el primer edificio de altura en los Estados Unidos. Las profesiones relacionadas con el disefio tambien han progresado significativamente durante el ultimo siglo. La pnic­ tica de la arquitectura ha cambiado notablemente y hoy tecnicas de anaIisis y disefio disponibles para los ingenieros que eran des­ conocidas hace cien afros, inclusive para la generaci6n anterior. EI disefio de edificios se ha convertido en un proceso muy com­ plejo, con muchosconocimientos, productos y tecnologias in­ corporadas en su proceso. Laprotecci6n contra incendios ha dado grandespasos en el desarrollo de la industria de la construcci6n comparables con las otras profesiones. A comienzos del siglo veinte las conflagra­ ciones eran decomlin ocurrencia en las ciudades. En los ultimos afros, el mayor conocimiento del comportamiento del fuego y del disefio de construccion hizo posible construir los edificios de maneras que los incendios se pudieran confmar en el edificio de origen y no en toda la manzana 0 en areas mayores. El progreso en el campo deprotecci6n contra incendios ha continuado y as!, actualmente hay conocimientos que permiten limitar un incen­ dio agresivo al recinto de origen y aun a subdivisiones los espa­ cios mas pequefios de una estructura. EI material de este capitulo identifica las partes del sistema completo de seguridad ,contra ,incendios. La estructura organi­ zacional se ajusta al arbol de decisiones de protecci6n contra in­ cendios descritos en las NFPA 550, Guide to the Fire Safety Concepts Tree. Este enfoque se puede usar como base para el di­ sefio de protecci6n' contra incendios tanto en edificios nuevos como exisfentes.

L .

.ELDISENO Y LA PROTECCION CONTRA INCENDIOS Hoy hay mucha actividad en relaci6n con el disefio de edi­ ficios seguros contra incendios. EI esfuerzo general 105m diri-

John M. Watts, Jr., Ph.D., es director del Fire Safety Institute, una corporacion sin animo de lucro de informacion, investigacion y educa­ cion, con sede en Middlebury, Vermont. Tambien sirve como editor de la publicaci6n tecnica trimestral de la NFPA, Fire Technology.

gido a los procedimientos de cuantificaci6n y la identificaci6n de metodologfas de disefio racional paralelas 0 complementa­ rias al enfoque tradicional de "ap1icar 0 no" las especificacio­ nes. Los conocimientos en el campo de la proteccion contra incendios estan sufriendo un desarrollo y reorganizaci6n que permitiran el disefio de edificios con proteccion contra incen­ dios mas racional y eficiente. El SFPE Engineering Guide to Pelformance-Based Fire Protection Analysis and Design of BUildings l describe mas detalladamente este proceso. Este ca­ pitulo trata sobre un campo que esta cambiando dinamicamente en sus aspectos de analisis y diseno. America Burning, el informe de la National Commission on Fire Prevention and ControP, identifica varias areas en las que los disefiadores de edificios crean riesgos innecesarios, con frecuencia sin saberlo, para los ocupantes de los edificios. En al­ gunos casos, estos riesgos innecesarios son el resultado de inad­ vertencia 0 conocimiento insuficiente de las interpretaciones de los resultados de pruebas. Otras veces, se deben a la falta de co­ nocimientode las normas de proteccion contra incendios 0 el fracaso a1 sintetizar de un programa integrado de proteccion contra incendios. El inforrne de la Comision cita la atencion minima que fre­ cuentemente Ie presta el disefiador a incorporar conscientemente la protecci6n contra incendios en los edificios. Ademas, los di­ sefiadores de edificios y sus clientes se contentan con frecuen­ cia con cumplir las normas minim as de seguridadde los codjgos locales de la construccion. Af1bospueden asumirerradamente que los codigos estipulan medidas totalmeitte adecuadas, y no las minimas como es realmente el caso. Los propietarios de edi­ ficios y los ocupantes tanibien pueden ver elincendio como algo que nunca les sucedera a ;;llos, como un riesgo que pueden to­ lerar ya que las medidas de protecci6n contra incendios pueden ser costosas, 0 como un riesgo compensado adecuadamente por los seguros contra incendio 0 por la disponibilidad de protec­ cion publica contra incendio (bomberos). Las situaciones que surgen de estas actitudes no deben con­ tinuar. Hay informacion disponible para que los profesionales del disefio incorporen mejor proteccion contra incendios en sus proyectos. El uso de esta informacion requiere que los diferen­ tes miembros del equipo de disefio reconozcan que los aspectos de incendio son un elemento inherente a sus responsabilidades como disefiadores. Esto requiere un conocimiento de las cargas especiales que produce el fuego en los elementos de la cons­ trucci6n y de las medidas preventivas que se pueden incorporar en los disefios.

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1-4 SECCION 1 • Principios del fuego y ciencia del fuego

EnfpqueSisternatico . El problema de la proteccion contra incendios en los edifi­ cios es abrumador tanto por el numero de variables como por la dificultad subsecuente en la obtenci6n de informacion detallada. EI enfoque establecido de codigos de especificaciones y normas tiene limitaciones para muchas estrueturas modemas ypara an­ tiguos edificios de importaneia historica. Una aproximaci6n para esta situaci6n es el enfoque a sistemas. En su sentido mas amplio, el enfoque 0 amilisis de sistemas es sencillamente el es­ tudio met6dico de la entidad como un todo. EI objetivo del en­ foquesistematicoesdefimrun procesocreiblelJara fa toma de la mejor decision entre las alternativas. La proteecion contra incendios se puede incorporar en el disefio de edificios usando tres metodos diferentes: 1. Exigir que el disefio y construccion se ajusten a los requi­ sitos prescritos en las especificaciones de los c6digos y nor­ mas de construecion. Estos requisitos estan basados en experiencias de incendios y son generalmente estrietos. 2. Usar c6digos basados en desempefio para superar la infle­ xibilidad de los c6digos de especifieacion. Una limitaeion actual de la protecei6n contra incendios basada en el de­ sempeno es que este es un procesode evaluacion, no un proceso de diseno. Una vez que se ha fonnulado el disefio, se pueden usar las medidas de desempefio para evaluar la protecci6n contra incendios pero el enfoque no ofreee una guia directa sobre c6mo desarrollar conceptos de disefio. 3. Usar un enfoque sistematico que muestre como se pueden usar diferentes estrategias de protecci6n para cumplir los objetivos de protecci6n contra incendios. Se puede disefiar los edificios con un enfoque sistematico y evaluarse luego utilizando ya sea el criterio prescrito 0 el de desempefio, 0 una mezcla de ambos. Este enfoque de la proteccion con­ tra incendios puede requerir un alto nivel de destreza pro­ fesional; sin embargo, pennite mayor flexibilidad y puede obtenerse un gran beneficio en reducci6ri de costos.

potencial de las estrategias de protecci6ncontr~ inc~ndios. I;:lar901puede i4entifica~ vados y areas de redundancia en las~stra.tegias de protecci6n contraincendio eom~ aytlda para la toma dc decisiones en e1 disefio .de proteccion contraincendios. El arbol de decisiones de proteccion contra incendios mues­ tra los elemen:t~s que se deben tener en consideraci6n enla pro­ teccion contra incendios de edificios y lainterrelaci6n entre esos elementos. El esquema pennitequ'e'seanalice 0 un edi­ ficio avanzando progresivamente y de manera logica a traves de varios conceptos. El grado de exito del esquema depende de que se haya cumplido cada mvel completamente. Los niveles inferioresde1 esquema, sin embargo, nosignifican que-el grado de importancia 0 desempefio sea menor; estos representan el medio para lograr el nivel superior siguiente. En Iugar de con­ siderar cada aspecto de ·Ia protecci6n contra incendios separa­ damente, el arbol de decisiones de seguridad contra incendios los examina todos y demuestra como estos influyen en el cum­ plimiento de los objetivos de seguridad contra incendios.

Objetivos del Diseno con Protecci6n contra Incendios EI proceso consciente de disefio de proteccion contra in­ cendios para los edificios debe ser integrado dentro del proyecto arquitect6nico total para que sea eficiente yecon6mico. Todos los miembros de los grupos tradicionales de disefio de edificios deberian incorporar el disefio de elementos para emergencias de incendio como parte integral de su trabajo. Cuanto mas tem­ prano se establezcan los objetivos de proteccion contra incendio enel proceso de diseno, se identifiquen metodos alternativos para alcanzar estos objetivos, y se tomen las decisiones en el proyecto de ingenieria, mas eficientes y econ6micos seran los resultados finales. Como primer paso en el proceso, el establecimiento de ob­ jetivos es parte de la identificaci6n clara de las necesidades es­ pecificas del c1iente en relaci6n con la funci6n del edificio.

Arbol de DeCisiones de Protecci6n contra Incendios El arbol de decisiones de proteccion contra incendios de la NFPA, descrito en NFPA 550 Y que se muestra en la Figura 1.1.1, utiliza un diagrama con ramificaciones para ilustrar la relacion entre la protecci6n contra incendios y las estrategias decontrol de dafios por incendios. Las caracteristicas de pro­ tecci6n contra incendios tales como tipo de construccion, com­ bustibilidad de los contenidos, dispositivos de proteccion, y caracterfsticasde los ocupantes se han considerado tradicio­ nalmente como independientes unas de otras. Esto puede con­ duclr a duplicaciones innecesarias de la protecci6n. Por otro lado, pueden existir brechas en la proteccion cuando estas par­ tes no se unen adecuadamente, como se evidencia en las per­ didas por incendios que siguen oeurriendo. Laventaja clara delarbol de conceptos de proteccion contra incendios es su en­ foque sistematico. EI arbol de conceptos de proteccion contra incendios pro­ porciona una estructura general con la cual analizar el impacto

_.@-", Derivaci6n 0 @ =Derivaci6n Y FIGURA 1.1.1 Brazos principales del esquema de conceptos de proteccf6n contra incendios.

CAPiTULO 1 •

Fundamentos del disefio de edificios protegidos contra incendios 1-5

Despues de conocer las funciones del edificio y las necesidades del cliente, el disenador debe determinar a conciencia las con­ diciones tanto generales como especiales que afectan el grade de proteccion contra incendios aceptables para el edificio. Los gra­ dos aceptables de proteccion y e1 enfoque de los objetivos del analisis de la proteccion contra incendios y del proceso de di­ sefio se resumen en las cinco areas siguientes: 1. Pr()teccion de la vida 2. Proteccion de la propiedad 3. Continuidad de operacion 4. P:r()tecciou.ambiental 5. Conservacion del patrimonio historico Es dificil determinar el grado de riesgo que van a tolerar.el propietario, los ocupantes y la comunidad..Con frecuenciaes necesario aplicarse seriamente al reconocimiento de la sensibi­ lidad de los ocupantes y contenidos a los productos de la com­ bustion, y la rnision del edificio. Por 10 tanto much as veces no se establecen de manera clara y concisa criterios de proteccion contra incendio que permitan al disenador estipular la protec­ cionadecuada para la realizacion de los objetivos del proyecto. Infortunadamente, es imposible proveer en este manual mas que guias generales para ayudar en la identificacion de los objetivos de seguridad contra incendios que se deben tener en cuenta en el disefio de edificios. Sedeben desarrollar objetivos especificos para cada edificio particular. Seguridad Humana. El disefio adecuado de seguridad humana para los edificios se relaciona con frecuencia con el cumpli­ miento de las reglamentaciones locales de la construe cion. Esto podna 0 no proporcionar suficiente proteccion a los ocupantes, dependiendo de la funcion particular del edificio y las activida­ des de los ocupantes. El primer paso en el disefio de seguridad humana es identi­ ficar las caractensticas de ocupaci6n del edificio. l.CuaIes son las capacidades fisicas y mentales de los ocupantes? l.Cual es el campo de actividades y localizacion duranteperiodos de 24 horas,siete dias ala semana? l,Se necesitan consideniciones es­ peciales para ciertos periodos del dia 0 la semans? En resumen, el disefiador debe prever lasnecesidades especialesde protec­ cion de la vida de los ocupantes durante todo el tiempo que van a estar en el edificio. La identificacion 0 reconocimiento de los objetivos de se­ guridad humana no es dificil generalmente, pero requiere un es­ fuerzo conciente. Ademas, requiere la apreciacion del tiempo y extensi6n en que los productos de la combustion se pueden mover por el edificio. La interacci6n de la respuesta al incendio del edificio y las acciones de sus ocupantes durante la emergen­ cia de incendio establece el grade de ricsgo del edificio. Se debe tener en cuenta la seguridad del personal de combate de incen­ dios que responde a los incendios del edificio. Proteccion de la Propiedad. Se deben identificar los elemen­ tos especfficos de la propiedad que tengan un alto valor, mone­ tario 0 de otro tipo, para protegerlos adecuadamente en caso de incendio. En algunos casos se necesitan areas con proteccion es­

peciaL En otros .casos,podria ser conveniente tener duplicados de los registros 0 archivos importantes en .otro lugar. El estable­ cimiento de objetivos de proteccion contra incendio debe veri­ ficar si el usuario del edificio tiene pertenencias que requieren protecci6n especial contra incendios. En los edificios modemos, el valor del contenido de una sola habitacion 0 espacio puede ser extremadamente alto. Este valorpuede deberse al costo de equiposo archivos de infonna­ cion, 0 al alto costo dellucro cesante. Se debe analizar 1a vuI­ nerabilidad de equipos y datos a los efectos del calor, humo, gases 0 agua. En todo caso, el disefiador debe proteger las ha­ bitaciones 0,recint08 especiainiente vulnerable;; a los productos del incendio que se originen dentro 0 fuera del recinto. Continuidad de la Operacion. El mantenimiento dela conti­ nuidad operacional despues de un incendioes el tercer elemento importante en el disefio. Se debe establecer la duracion del pe­ node de interrupcion tolerable antes de que los ingresos empie­ cen a afectarse seriamente. Con frecuencia, ciertas funciones 0 localizaciones son mas esenciales para la operacion continua del edificio que otras. Es importante identificar esas areas particu­ larmente sensibles a las operaciones del edificio de manera que se les provea proteccion adecuada para las opcraciones vitales de negocios que se realizan alli. Frecuentemente, estas areas ne­ cesitan atencion especial que no se requiere en todo el edificio. Proteccion Ambiental: Otro objetivo importante considera el impacto de un incendio en el medio ambiente. Es necesario de­ dicarse a problemas como el desagiie de quimicos que se guar­
1-6

SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

ESTRATEGIAS DE DISENO DE

SEGURIDADCONTRA INCEND10S

El arbo1 de decisiones de proteccion contra incendiospropor­ ciona 1a 16gica requerida para obtener esta proteccion; es decir, provee los requisitos con los cuales se pueden satisfacer los ob­ jetivos, pero no proporciona e1 requisito minimo necesario para a1canzar estos objetivos. Por tanto, de acuerdo con el arbo1, los objetivos de protecci6n contra incendios se pueden cumplir si se puede evitar e1 incendio, 0 si, producida 1a ignici6n, e1 incendio se puede controlar. Esta funcion 0 16gica estii representada pOl' ..dsimbolo.+.bajoJos.objetivosdeJaproteccion contra incendios en 1 a 1 . 1 . 1 . La eva1uaci6n del disefio de protecci6n contra incendios de un edificio significa el enfoque sistematico de las principales es­ trategias de seguridad contra incendios identificadas en An Overview ofthe Fire Problem and Fire Protection. Estas estra­ tegias se pueden identificar como sigue: • • • • • • •

Prevenci6n de la ignici6n Control del proceso de combusti6n Control del incendio mediante la construccion Deteccion y notificacion temprana del fuego Extincion automaticarnente del incendio Extincion manual del incendio Control de 10 expuesto

Prevenir la Ignicion La primera oportunidad de alcanzar la seguridad contra incen­ dio en un edificio es a traves de 1a prevencion del incendio nici6n), que involucra la separacion de fuentes potenciales de calor de los combustibles potenciales. La Tabla 1.1.1 relaciona los factores comunes en la prevenci6n de incendios e identifica las principales fuentes posibles de calor y materiales incendia­ rios, factores comunes que los unen, y pnicticas que pueden afectar el exito de la prevencion. La mayoria de incendiosdeedificios se inician por fuentes de·calor y matenalesincendiarios traid6tfal edificio;pero que no son parte de la construcci6n. Esto significa que el disefio del edificio, desde· el punto de vista del arquitecto y el constructor, tiene influencia limitada en las experiencias de incendios futu­ ras. Los propietarios, administradores y ocupantes del edificio sin embargo, tendran numerosas oportunidades de reducir lo~ riesgos de incendio por medio de la prevenci6n, y se les debe urgir para que 10 hagan. Para efectos del disefio, la prevenci6n de incendios se re­ alza con el cumplimiento cuidadoso de los codigos y normas en el disefio e instalacion de los sistemas de electricidad y alum­ brado, calefaccion u otros equipos grandes incorporados, como los de cocina, refrigeraci6n, aire acondicionado y de lavado y se­ cado de ropas. Los sistemas de ventilaci6n necesitan ser dise­ fiados cuidados3.,"Ilente para llevar el monoxido de carbono y combustibles potenciales por vias protegidas. Estos sistemas de ventilacion deben inspeccionarse y despejarse con regi.llariilad. La protecci6n contra incendios por rayos y exposicion afecta el disefio exterior del edificio, especialmente en ciertas re­ giones del pais, como las que estiin cerca de zonas forestales.

Un incendio en un edificio crea un peligro exte~o para las es­ tructuras vecinas al exponer esas estructuras al calor y radiacion, y posiblemente a comentes convectivas, 10 mismo que al peli­ gro de tizones incendiarios.Cualquiera de estas fuentes de transferencia de calor puede ser suficiente para incendiar la es­ tructura expuesta 0 sus contenidos. Al contemplar la proteccion contra exposicion de incen­ dios, hay dos tipos basicos de condiciones: (1) exposicion a ra­ diacion horizontal, y (2) exposicion a llamas que salen del techo o parte superior de un edificio incendiado en casos donde el edi­ ficio expuesto es mas alto que el edificio incendiado. La expo­ sici6n a la radiacion puede deberse a las llamas que salen por las ventanas del edificio-incendiadc)o pona~;llamasde Ia·facnada incendiada. La NFPA 80 A, Recommended Practice for Protec­ tion ofBuildings from Exterior Fire Exposures, ofrece guia y datos sobre proteccion contra exposiciones. Dentro del edificio, las caracterfsticas de disefio pueden hacer mas 0 menos probables los riesgos de incendios premedi­ tados u otros incendios causados por personas al hacer mas fa­ ciles 0 dificiles los trabajos de limpieza y seguridad. La interacci6n del disefio con estas actividades de apoyo crfticas deberfan considerarse cuidadosamente y planearse en el disefio desde el principio. En el arbol de conceptos de proteccion contra incendios, la rama "prevenci6n de la ignicion" en 1a Figura 1.1.2 representa esencialmente un c6digo de prevencion de incendios. La mayo­ ria de los conceptos descritos en esta rarna requieren supervision continua para su exito. En consecuencia, la responsabilidad por la realizaci6n de la meta de prevencion de incendios es esen­ cialmente del propietario y 0 el ocupante. EI disefiador, sin em­ bargo, puede incorporar ciertas caracteristicas al edificio que ayuden al propietario y/o ocupante a prevenir incendios.

Control del Impacto del Incendio No es posible prevenir completamente la ignicion de incendios en un edificio. Por 10 tanto, para a1canzar el objetivo general de proteccion contra incendios, desde el puntode vista del disefio deun.edificio,es importanteun alto.grado .deexito enlararna del arbol de decisiones sobre protecci6n contra incendios "con­ troldel impacto del incendio". Esencialmente, el grupode di~ seno puede considerar estararna como un codigo de construccion. Despues de que ocurre la ignicion, todala aten­ cion pasa ala rama "control del impacto del incendio" para al­ canzar los obj etivos deprorecci6n contra incendios. De acuerdo con la logica del arbol, el impacto del incendio puede controlarse ya sea por medio de las ramas "control del in­ cendio" 0 "control de 10 expuesto" (ver Figura 1.1.1). El acceso (+) indica que se pueden alcanzar los objetivos a traves de cual­ qui era 0 arnbas derivaciones, siempre y cuando la ruta seleccio­ nada satisfaga completamente el objetivo de control de incendios. Naturalmente, es aceptable hacer ambas cosas, 10 que aumenta la ,posibilidad de exito mas alIa del uso de una rama solamente. Por medio de la rama "control del incendio" los objetivos deseguridad contra incendio se pueden alcanzar controlando el incendio mismo. La Figura 1.1.3 muestra que esto se puede 10­ grar por medio de (1) control del proceso de combustion, (2) ex­ tinci6n del incendio, 0 (3) control del incendio mediante la

o

CAPiTULO 1 •

TABLA 1.1.1

Fundamentos del disefio de editicios protegidos contra incendios 1-7

Factores de la prevencion de incendios

construccion. Una vez mas, cualquiera de estas ramas del arbol satisfara el concepto de control del incendio. Por ejemplo, en al­ gunos incendios se obtiene el exito cuando la construe cion del edificio controla el incendio. En otros incendios se obtiene el exito controlando el proceso de combustion, ya sea por el con­ trol del combustible 0 del ambiente.

1. Fuentes de calor a. Eq uipos fijos b. Equipos portatiles c. Sopletes y otras herramlentas d. Elementos de fumar yencendedores e. Explosivos f. Causas naturales g. Exposici6n a otros incendios 2. Formas y tipos de materiales incendiarios a. Materiales de construcci6n b. Acabados interiores yexteriores c. Contenidos y muebles d. Basura, pel usa y palvo e. Uquidos 0 gases combustibles 0 inflamables f. S61idos volatiles 3. Factores que juntan los materiales incendiarios yel calor a. Incendio premeditado b. Mal uso de la fuente de calor c. Mal uso del material incendiario d. Falla mecanica 0 electrica e. Deficiencia de diseno, construcci6n 0 instalaci6n f. Error en la operaci6n de equipos g. Causas naturales h. Exposiciones 4. Practicas que pueden afectar el exito de la prevenci6n a. Limpieza b. Seguridad c. Educaci6n de los ocupantes d. Control de tipo, cantidad y distribuci6n de combustibles e. Control de las fuentes de calor

Eliminaci6n de fuentes de calor

Control del Proceso de Combustion El proceso de control de combustion se trata de retardar el in­ cendio para suministrar otras medidas con tiempo suficiente de proteccion contra incendios para que sean efectivas. El disefio sistematico con este fill deberia considerar a las formas posibles en que los riesgos pueden crecer cipidamente, por ejemplo, pro­ pagaci6n de las llamas, crecimiento rapido en la velocidad de li­ beracion de calor 0 velocidad de liberacion de masa, gases inusualmente toxicos, corrosividad inusual, cantidad de com­ bustible disponible para alimentar el fuego, etc. Cada uuo de estos se puede evaluar separadamente en rerminos de la ame­ naza para las personas expuestas, la propiedad, y la mision del -edificio. El dlsefio del edificio deberia proveer medidas para contrarrestar el crecimiento rnpido del incendio. En e1 incendio de uu edificio, el peligro mas comtin para las personas proviene del humo y gases t6xicoB. La mayoria de las muertes re1acionadas con incendios de edificios estan ligadas di­ rectamente a estos productos de la combustion. La muerte ge­ neralmente ocurre por carencia del oxigeno en la sangre, causada pOI el reemplazo del oxigeno en la hemoglobina por mon6xido de carbono. Ademas del peligro del mon6xido de carbono, hay muchos otros gases toxicos presentes en los in­ cendios de edificios que causan una gran variedad de sfntomas como dolores de cabeza, nausea, fatiga, dificultad para respirar, confusion, y deterioro de la funclon mentaJ.

Control de la velocidad de Iiberaci6n de calor

Control de Control del b fble vulnerabilidad transporte de d Eliminacion de combustibles combustible e com LIS I

G)

= Derivacion 0

0

Derivaci6n Y

FIGURA 1.1.2 Componentes de la rama "prevensi6n de la ignicion" del arbol de conceptos de proteccion cotra incendios

1-8 SECCION 1 • Principios del fuego y ciencia del fuego

Control de propiedades composicion fisicas del qui mica del medio ambiente medio ambiente

Detecci6n del fuego

e

~ Derivacion 0

®

Senal de comunicacion

~ Deri.v:aci.on Y

FIGURA 1.1.3 Componentes de la rama "contro/de incendio"del arbol de proteccion contra incendios

El humo, ademas de los gases t6xicos e mitantes, contri­ buye indirectamente a muchas muertes. El hurno denso obscu­ rece la visibilidad e mita los ojos y puede causar ansiedad y conmoci6n a los ocupantesdel edificio. En consecuencia, el ocupante puede no ser capaz de encontrar y utilizar las rutas de escape. Aunque las lesiones no son comparables cuantitativa­ mente con las que causa la inhalaci6n de humo y gases toxicos, son dolorosas, graves, y causan paralisis a las victimas. Ademas de las muertes debidas a los productos termicos de la combus­ ti6n, el dolor y desfiguracion causados por quemaduras no fata­ les pueden producir complicaciones graves a largo plazo. La propiedad tambien se afectapor los productos termicos y no termicos de la combustion, igual que por los agentesextin­ tores. EI hurno puede dafiar mercancias localizadas a gran dis­ tancia de los efectos del calor y las llamas. Los incendios que no se extinguen rapidamente generalmente causan danos consi­

derables por el agua a los contenidos y la estructura,a menos que se incorporen medidas,especiales para evitar esos danos. Deberia tenerse en cuenta, sin embargo, que el dano por el agua causado por la extincion deunincendio raramente excede el dana por el fuego producido porun incendio que nose extingue. La propagacion rapida de las llamas sobre los materiales de acabados 0 contenidos del edificio yla propagacion vertical del fuego son problemas graves. La capacidad del servicio de bom­ beros de contener 0 extinguir un incendio disminuye considera­ blemente si el incendio se extiende verticalmente ados 0 mas pisos. Con determinado potencial de crecirniento, la prevencion de la propagacion vertical del incendio esta afectada principal­ mente por las decisiones arquitectonicas y estructurales relacio­ nadas con detalles de compartimentacion, que se tratan en la seccion sobre control de incendios mediante la construccion.

CAPiTULO 1 •

Fundamentos del disefio de edificios protegidos contra incendios

Disefio de Medidas contra el Crecimiento dellncendio El sistema de proteccion con1:ra incendios de edifidos se puede organizar alrededor del crecimiento del incendio y sus produc­ tos de combustion, es decir, llamas/calor y hurno/gas. La facili­ dad de genera cion y movimiento de estos productos esta influenciada por las contramedidas provistas por la edificaci6n. La efectividad de los sistemas de proteccion contra incendios del edificiodetermina Ia: velocidad, cantidad y rutas de movi­ miento de estos productos de la combustion. La velocidad y certeza del ~recimiento y desarrollo del in­ cendio en recintos pueden variar considerablemente. Los conte­ nidos y acabados interiores en algunos recintos son bastante seguros, y, para este tipo de situacion, es Poco probable, que una vez ineendiado, el fuego pueda crecer basta afectar totalmente el recinto. Ademas, el disefio interior de otras habitaciones 0 recin­ tos presenta grandes peligros, los cuales, si sucediera una igni­ ci6n, podrian con seguridad afectar al recinto en forma casi total. El metodo tradicional de describir el riesgo de crecimiento del incendio ha sido por medio de cargas de combustible (la can­ tidad de material combustible presente) reflejadas en las clasifi­ caciones de uso y ocupaci6n. Los tipos de edificaci6n, en lugar de los tipos de habitacion en el edificio, se han agrupado en re­ lacion con su peligro relativo. Por ejemplo, las ocupaciones re­ sidertciales y educativas se consideran de bajo riesgo porque norrnalmente corttiene cargas combustibles relativamente bajas en las habitaciones. Los edificios comerciales son generalmente un riesgo moderado, mientras que ciertos edificios industriales y de almacenamiento pueden considerarse de alto riesgo porque contienen una carga combustible grande. Este tipo de clasificacion es la base de los requisitos de los c6digos de construcci6n e incendio, e, historicamente, han side muy titiles. Sin embargo, una mirada mas detallada al potencial de crecimiento del incendio en las habitaciones de un edificio puede ser parte valiosa del disefio detallado de protecei6n contra lneendios. Elpoteneial del riesgo de erecimiento del incendio, que identifica la velocidad y probabilidadrelativa de que el in­ cendio Begue a afectar totalmente la habitaci6n es una base util para el disefio de tacticas supresion y para e~aluar problemas de seguridad de la vida. Por ejemplo, las situaciones en las cua­ les se presentan incendios graves y rapidos pueden necesitarpro­ tecci6n de rociadores automaticosaunque esa protecci6n puede no ser requerida por el cMigo de construcci6n 0 incendios. Las caracteristicas de combustion en un recinto son la base para el analisis de riesgo de crecimiento del incendio. Los fac­ tores principales queinfluyen en la probabilidad y velocidad con que ocurre la afectaci6n total del recinto son:

de varias etapas, llamadas reinos. La Tabla 1.1.2 prop or­ ciona guias sobre las descripeiones de los reinos. Un incendio puede seguir creciendo dentro de cada reino 0 puede ser incapaz de sostener su desarrollo continuo y morir. La Tabla 1.1.2 in­ cluye una gufa preliminarde los tamafios aproximados de las llamas que se puede usar para describir el tamafio de los inc en­ dios en los reinos. La tabla tambien describe los factores prin­ cipales que influyen en el crecimiento dentro de un dominio. La ausencia de un nUmero importante de los factores indica que el incendio se auto-extinguira en lugar de seguir desarrollandose. Diferentes habitaciones 0 recintos presentan diferentes gra­ dos de riesgo en relaci6n con Ia probabilidad de Uegar a laafec­ taci6n total del recinto y el tiempo en eJ·cua:lsedesarroIla el incendio. Los factores en la tabla 1.1.2 proporcionan una guia general de los tipos importantes de factores. Un solo caso, que podria utilizarse para representar e1 grado relativo de riesgo presentado por los contenidos y el acabado inyeS

TABLA 1.1.2 Factores principales que influyen el crecimiento del incendio

A1cances aproxi­ madosde los 1ama­

Reino 1. Prequemado

El desarrollo del incendio en un recinto no es uniforme ni hay una garantia que progresaria desde la ignici6n inicial hasta la afectacion total del recinto. Los incendios se desarrollan a tra­

nos de incendios SobrecaJentamien­

to hasta ignici6n

Factores principales que influyen en elcrecimiento Cantidad y duraci6n del Ilujo de calor, area de superficie que recibe calor, inllamabili­ dad del material. Continuidad del combusti­ ble, inflamabilidad del mate­ rial, espesor, aspereza de la superfleie, inercia termica del combustible.

2. Quema inicial

Igniei6n hasta el punto de radia­ ei6n (llama de 245 mm [10 pulg.] de altura]

3. Quema \ligorosa

Punta de radia­ cion hasta punto de encelTamiento (llama de 254 mm hasta 1,5 m de aHura [10 pulg. hasta 5 pies])

Acabado interior, continuidad del combustible, retroalimen­ taci6n de calor, inflamabilidad de material, inercia termica del combustible, proximidad de las llamas a las paredes.

4. Quema Interactiva

Punto de ence­ rramiento hasta el nivel del delo raso (Wama de 1,5 m [5 pies] de altura hasta que la llama toque el cielo raso)

Acabado interior, distribuci6n del combustible, retroalimen­ tacion de calor, altura de los combustibles, proximidad de las llamas a las paredes, al­ tura del delo rasa, a1slC¥Tliento del recinto, tamafio y localiza­ cl6n de las aberturas, operad6n de HVAC (calelaccion, venti­ ladon y aire acondicionado)

5. Quema remota

Punto del eielo raso hasta alec­ tacion total del recinto

Distribuci6n de los combusti­ bles, altura del cie/o raso, pro­ parcion long.laltura, aisla­ miento del recinto, tamano y localizaeion de las aberturas, operaciones de HVAC (cale­ facci6n, ventilacl6n y aire acondidonado)

de

• Carga de fuego (ej., la cantidad, tipo de materiales y su dis­ tribuci6n) • Acabados interiores de la habitaei6n • Suministro de aire • Tamafio, forma y construccion del recinto

1-9

1-10

SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

terior en un recinto, es la habilidad de las llamas para alcanzar el cielo raso. La distribucion de los contenidos y tipos de com­ bustibles en el cual seria dificil que el incendio crezca hasta tocm- e1 cielo raso presenta un potencial de riesgo de crecimiento del incendio relativamente bajo. Por otro lado, cuando la com­ bustibilidadde los muebles yla densidad de los mismos penni­ ten que el fuego se desarrolle hasta la altura del cielo raso, 0 cuando hay acabados interiores combustibles, el potencial de riesgo decrecimiento del incendio por 10 general es comparati­ vamente alto.

Control del Incendio Mediante IcfCohsttucci6n Las barreras, como paredes, divisiones y pisos, separan los espa­ cios en los edificios. Estas barreras tambien retrasan 0 previenen la propagacion del fuego de un espacio a otro. Ademas, las ba­ rreras son caracterfsticas importantes en cualquier operacion de combate de incendios porque dictan el tamai'io del incendio. La eficacia de una barrera depende de su resistencia inhe­ rente al fuego; los detalles de su construccion; y sus penetracio­ nes tales como puertas, ventanas, ductos, conductos de tuberias, conductos electricos y rejas. Aunque las clasificaciones horarias de resistencia al fuego no siempre representan el tiempo real que la barrera puede soportar un incendio de un edificio, las barre­ ras especificadas sin penetraciones parecen desempeflarse mas o menos bien. Esto puede deberse al factor de seguridad mas bien grande inherente a los codigos.· Ademas, es muy comun que las barreras especificadas fallen debido a la falta de atencion a las penetraciones. Por ejempl0, 1a resistencia clasificada al fuego de un conjunto nominal de piso a cielo raso puede verse comprometida debido a gran des 0 nurnerosas horadaciones. Tambien, la resistencia al fuego de una divisi6n c1asificada se pierde cuando se deja una puerta abierta. Los requisitos de resistencia al fuego impuestos por el sis­ tema reglamentario a menudo tienen un significado comparati­ vamente pequeno debido a la falta de atenci6n a los detalles funcionales y de construccion. Para pr_edecir el desempefio de las barreras .eneIJugar, se deben tener-encuenta las penetracio­ nes y detalles de construccion, adicionalmente a la resistencia al fuego de la construcci6n basica. La funcion principal de lasbarrerases evitar quela propa­ gaciondel calor ylas llamas cause una ignicion en un piso 0 re­ cinto adyacente. Es util clasificar las fallas de las barreras en dos categorias. Una es la falla masiva de barreras, que ocurriria cuando de la barrera se cae 0 cuando se abre una penetra­ cion grande, como una puerta 0 ventana grande. Cuando sucede una falla masiva, el recinto adyacente se puede involucrar total­ mente en un corto periodo de tiempo. El segundo tipo de falla es la falla localizada de una penetracion, que ocurre cuando las llamas 0 el calor penetran pequefias horadaciones 0 pequefias ventanas. Una falla localizada de penetracion causa un punto caliente. 8i hay presencia de combustible y ocurre una ignicion, esto podria llevar al compromiso total del recinto por el avance del desarrollo nonnal del incendio. El hurno y los gases se mueven a traves del edificio mucho mas rapido y faci! que las llamas y el calor. El tiempo desde la ignicion hasta que un espacio del edificio se hace insostenible es

un aspecto importante de la seguridad contra incendios, y laper­ dida de resistencia puede .deberse alhumo y gases con mas fre­ cuencia que a las llamas y el calor. Por 10 tanto, es necesario que las barrerasse disefien y consideren tambien como barreras con­ tra la propagacion del hurno y gases del incendio. Adicional­ mente a su valor como medio de contencion del incendio, la compartimentacion tambien sirve necesidadesespecificas de proteccion tales como la integridad estructuraldel edificio y rutas de escape. El colapso de elementos estructurales del edificio puede ser un riesgo grave para la proteccion de lavida. Aunque estadisti­ camente el colapso estructural no ha causado muchas muertes 0 ·1e~iones~a -losocupfil1tes de.edific~os~-este etfunrie_sgoJjarticu­ lar para los bomberos. Varias muertes y lesiones graves de bom­ beros ocurren cada ano debido a fallas estructurales. Aunque algunas de estas falias son causadas por debilidad estructural in­ herente, mucbas son el resultado de renovaciones a edificios existentes que afectan materialmente la integridad estructural de los elementos de soporte, aunque no obviamente. Los edificios no deberian contener sorpresas de este tipo para los bomberos. Se debe determinar elpotencial de colapso estructural. Los codigos de construccion manejan este aspecto a traves de requi­ sitos de c1asificacion de construccion. La relacion entre la gra­ vedad del incendio y la resistencia al fuego para derrumbarse es el factor principal en el potencial de colapso estructural. El colapso puede ocurrir cuando la gravedad del incendio excede.la resistencla al fuego de la armazon estructural. Sin em­ bargo, esto es comparativamente raro. El colapso esttuctural esta asociado mas comUnmente con deficiencias en la construc­ cion. Estas deficiencias no son evidentes bajo el uso normal dia­ rio del edificio. Se vuelven un problema cuando el fuego debilita los miembros de soporte, provocando el colapso progresivo. En el Arbol de conceptos de proteccion contra incendios, al considerar el concepto de control del incendio mediante la cons­ truccion, se debe proveer integridad estructural, y debe contro­ larse el movimiento del incendio en sf. Como se aprecia en la Figura 1.1.3, esto se puede lograr ya sea con desfogues, confi­ namientos, 0 contencion delincendio.

Detecci6n y Alarmade Inceridio 8e necesita la deteccion del incendio para que se inicie la extin­ cion automatica 0 manual, se active cualquier otro sistema de proteccion contra incendios (ej., puertas co~tra incendio auto­ maticas para compartimentacion y proteccion de las 11118.s de es­ cape), y los ocupantes tengah tiempo para trasladarse a lugares seguros, generalmente fuera del edificio. Un motivo depreocu­ pacion por cualquier crecimiento inicial rapido del incendio es que puede reducir mucho el tiempo disponible para estas res­ puestas salvad.oras de vidas de propiedad despues de la detec­ cion. Por 10 tanto, se deben disenar sistematicamente provisiones de deteccion que reflejen las otras caracterfsticas del edificio, sus ocupantes, y las otras medidas de proteccion con­ tra incendios. Por (')je~plo, el hurno es con frecuencia el primer indicador de un incendio, asi que es logico un sistema automatico de de­ teccion bas ado en detectores de burno. En ciertas instalaciones o Areas, sin embargo, pueden ser mas apropiados los detectores

CAPiTULO 1 •

Fundamentos deldisefio de edificios protegidos contra incendios 1-11

basados en el calor 0 regimen de aurnento del calor debido a los tipos de incendios que pueden ocurrir en esas areas 0 debido al potencial en esas areas de activaciones que no sean por incen­ dio. Cualquiera que sea el tipo de sistema de deteccion que se escoja, es importante que se haga una evaluacion realista de las implicaciones de tiempo de respuesta despues de que se ha de­ tectado el incendio y antes de que desarrollen condiciones leta­ les 0 de alto riesgo en cada area del edificio. Las estipulaciones para alarmasno necesitan estar vincula­ das con las localizaciones de lossensores de deteccion, pero de­ berian ser disefiadas sistematicamente para decirles a los ocupantes 10 que necesitan hacer, basadas en donde estin y su capacidad de responder.Esto incluiriael uso posiblede table­ ros anunciadores centrales y monitores para informar al perso­ nal responsable, mensajes de VQz para dar instrucciones sobre la conducta de los ocupantes, y alarmas remotas directas hacialos puestos supervisados 0 departamentos de bomberos. Todas estas opciones tienen irnpacto sobre el tiempo disponible para algUn tipo de respuesta y, posiblemente, sobre la eficacia de esa respuesta. Se puede idear un plazo para hacer un analisis cuan­ titativo del disefio de esto y otros elementos de proteccion con­ tra incendios del edificio.

Extinci6n Automatica La extincion del incendio y los brazos del arbol de conceptos de proteccion contra incendios se muestran en la Figura 1.1.3. En esta figura, el sfmbolo representa una compuerta ilogica, y sig­ nifica que todos los elementos en el nivel inmediatamente de­ bajo de la compuerta son necesarios para alcanzar el concepto encima de la compuerta. Para lograr la extincion automatic a, por ejemplo, son necesarios ambos conceptos, es decir detec­ cion del incendio y aplicacion de suficiente agente extintor. 19ualmente, se deben realizar los cinco conceptos de extincion manual del incendio. La omisi6n .de cualquiera de estos con­ ceptos es suficiente para romper la cadena y causar el fracaso de la extincion para controlar el incendio. Durante cerca de ciento cincuenta afios, los rociadores auto­ maticos han sido el sistema individual mas importante para el control automatico de incendioshostiles en edificios. Muchas ca­ racteristicas esteticas y funcionales deseables de los edificios gu,e podrian afectar laseguridadcontra incendios debido al potencial de riesgo de crecimiento del incendio pueden protegerse con la instalacion de un sistema de rociadoresdebidamentedisefiado. El sistema de rociadores automaticos ha sido e1 metodo de extinci6n.automatica de incendios mas usado. Entre lasventa­ jas de los rociadores automaticos esta el hecho de que estos fun­ cionan directamente encirna del incendio y no son afectados por el hurno, gases toxicos y visibilidad reducida. Adicionalmente se usa mucha menos agua porque solamente aqueUos rociadores activados por e1 calor del incendio funcionan, especialmente si el edificio esta compartimentalizado. Los principales elementos para detenninar 1a eficacia de un sistema de rociadores automa­ ticos son (1) su presencia 0 ausencia; (2) si los hay, su confiabi­ lidad; y (3) si son confiables,su disefio y eficacia en la extincion. Aunque los sistemas de rociadores automaticos tienen un record extraordinario de exito, es posible que estos fallen. Fre­ cuentemente 1a faHa se debe a una caracteristica que podria ha­

berse evitado si se hubiese prestado suficiente atencion enel momenta del disefio, instalacion 0 mantenimiento del sistema. La Tabla 1.1.3 describe las formas comunes de fana y sus cau­ sas. Durante las etapas de disefio, estos factores deberian apli­ carse para aurnentar la probabilidad de extincion exitosa del sistema de rociadores. Otros sistemas de extinci6n automatica, por ejemplo, e1 dioxido de carbono, qufmicos secos, agentes limpios (substitu­ tos del halon), y espurna de alta expansion, se pueden usar para proveer protecci6n para ciertas partes de edificios 0 tipos de ocupaciones para los que son especialmente adecuados.

Extinci6n Manual Laproteccionque brinda el cuerpo de bomberos de la comuni­ dad tiene una influencia importante sobre el disefio de incendios de los edificios. Algunos edificios son disefiados de manera que ayuden al servicio de bomberos a extinguir los incendios cuando todavia son pequenos; otros se disenan de manera que obstacu­ lizan a los bomberos. Raramente el disenador disefia conscien­ temente el edificio para operaciones de emergencia. Los siguientes parrafos ofrecen algunas guias para que el disefio de edificios aurnente la capacidad del edificio para permitir que el cuerpo de bomberos extinga el incendio con peligro minimo para la vida y propiedad. Idealmente, un edificio se disefia de manera que si ocurriera un incendio, este pueda ser atacado antes de que se extienda mas aHa de la habitaci6n 0 recinto de origen. Si eso no es posible, las caracteristicas de disefio y construccion del edificio deberian retrasar la propagacion del fuego para que el cuerpo de bombe­ ros encuentre un incendio relativamente pequefio y faci! de con­ trolar. Los principales aspectos de esta parte del diseno de edificios incluyen: (1) notificacion al cuerpo de bomberos, (2) aplicacion inicial del agente de extincion, (3) extincion del in­ cendio, (4) ventilacion, (5) suministro y uso de agua, (6) remo­ cion del agua, y (7) eficacia de las barreras (control del incendio mediante la construccion). Estos aspectos se tratan brevemente para ofrecer guias para la incorporaci6n de elementos dentro del edificio para que los bomberos puedan ser mas eficientes y cau­ sen menos dafios al·edificio.

Comunicacion al Cuerpo de Bomperos. La siguiente cadena completa deeventos deberia fonnar parte del disefio de protec­ cion contra incendios de todos los edificios: (1) deteccion del in­ cendio, (2) decisi6n de mformar al cuerpo de bomberos, (3) envio del mensaje, y (4) recepcion correcta de la infonnacion por el cuerpo de bomberos. La notificacion al cuerpo de bomberos debe estar disenada cuidadosamente, y no dej ada a la casualidad. Los tiempospara completar los eventos hasta la aplicaci6n de los agentes extintores dependen mucho de la velocidad de propaga­ cion del incendio. Se han perdido edificios debido a la atencion insuficiente al metodo de al cuerpo de bomberos. Aplicacion del Agente. El siguiente paso critico es la ap1ica­ cion del agente al incendio por el cuerpo de bomberos, que in­ volucra tres pasos diferentes para su exito: (1) llegada al sitio, (2) introduccion de las boquillas al recinto, (3) descarga de agua por la boquilla. Cada uno de estos pasos se puede afectar por

1-12

SECC ION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

TABLA 1.1.3 Modos de falla comunes de los rociadores automaticos Modo de Falla

Causas Posibles

Las vaJvulas de suministro de agua estan cerradas cuando se activan los rociadores.

Supervisi6n inadecuada de las valvulas. Actitud indiferente del propietario. Politicas de mantenimiento deficientes.

No lIega agua al rociador.

Mal funcionamiento del acelerador de tuberla seca 0 aspirador. Malfuncionamiento del sistema de acci6n previa. Inspecci6n y mantenimiento inadecuados .

.. La boquilla no abre cuando se espera.

Crecimiento del.incendio demasiado rapido.

nempade respuesfa·Ylo]emperafuradel.enlace inadecuadospara el area protegida. EI enlace del rociador esta protegido del calor. Elenlace del rociadorestapintado, encintado, embolsado, 0 corroido EI rociador no opera

EI agua no puede Hegar al combustible. (Nota: La intenci6n de este modo de falla es asegurarse de que la descarga no se inte­ rrumpa de manera que impida el control del . incendio con un rociador.)

EI combustible esta protegido. Hay almacenamiento en pilas altas. Obstrucci6n del rociador de agua por nueva construcci6n (pare­ des, ductos, cielos rasos)

La densidad de descarga de agua no es su­ ficiente.

Las necesidades de descarga son insuficientes para el tipo de incendio y la velocidad de lioeraci6n de calor. Hay un cambio en el contenido combustible. EI numero de rociadores abiertos es muy grande para el suministro de agua. Presi6n del agua muy baja. Tamafio de las gotas de agua inadecuado para el tamafio del incendio.

No sigue fluyendo suficiente agua.

Suministro de agua inadecuado por deficiencias originales, cambios en el suministro, 0 cambios en los contenidos. Bombas inadecuadas 0 no confiables. Disfunciones del suministrode energia. Sistema interrumpido.

consideraciones de acceso allugar 0 al edificio. La accesibilidad ideal desde el exterior ocurre cuando el carro de bomberos puede apr6ximarse aledificio desde todos los lados, 10 que no siempre es posible. En areas congestionadas, 80­ lamente los lados del edificio que dan a la calle pueden ser acce­ sibles. En otras areas, la topografia u obstaculos de construcci6n puedenimpedir el uso de los vehiculos de combate de incendio. Los edificios situados a alguna distancia de la calle pueden dificultar el acceso del carro de bomberos. Si hay obstrucciones o topografia que impiden situar el vehiculo de incendios sufi­ cientemente cerca del edificio para su uso eficiente, los equipos de combate contra incendios como escaleras aereas, plataforrnas de elevaci6n, y dispositivos de torres de agua, se inutilizan. Se debe hacer una labor dispendiosa para llevar manualmente las 11­ neas de mangueras 0 escaleras de tierra a largas distancias. EI tema del acceso a edificios se ha hecho mas complicado en afios recientes, especialmente con relaci6n al traslado a edifi­ cios seguros contra posibles ataques terroristas.El disefiador del edificio debe considerar este importante aspecto de la etapa de

planeaci6n. La atenci6n inadecuada a los detalles dellugar puede paner el edificioen situaci6n innecesariamente vulnerable. Si impedirel acceso adecuadodel departainento de bomberos com­ promete su defensa contra el fuego, el edificio debe compensar con una protecci6n intema del edificio mas completa. La llegada allugar es sollll11ente parte de la evaluaci6n de la aplicaci6n del agente. Los bomberos entonces debenentrar al edificio, llegar al piso del incendio, y encontrar las habitaciones o redntos comprometidos. Esto a veces es una tarea dificil y lleva tiempo. Se debe prestar gran atencion al problema de en­ contrar el incendio y llevar a los bomberos y equipos al incendio. El acceso al interior de un edificio se puede estorbar en gran medida donde existen grandes areas y donde los edificios tienen . paredes huecas, falsas fachadas, pantallas solares, 0 avisos que cubren gran parte de paredes exteriores. Los obstaculos que im­ piden la ventilaci6n perrniten que el huroo se acumule e impida la visi6n de los bomberos. La falta de acceso adecuado al inte­ rior tambien puede demorar 0 impedir el rescate por el departa­ mento de bomberos de ocupantes atrapados.

CAPiTULO 1 •

Fundamentos del disefio de edificios protegidos contra incendios 1-13

Los edificios sin ventanas y las areas de s6tanos presentan proble111as especiales para el combate de incendio8. La falta de aberturas de ventilaci6n natural como ventanas, contribuye a La acumulaci6n de humo dense y calor intenso, que impiden las operaciones de combate de incendios. Los bomberos deben combatir los incendios en estos espacios a pesar del calor y humo, que pueden resultar en tiempos prolong ados para la ex­ tincion yen mayores danos por productos de combusti6n. Extinci6n del Incendio. Despues de transcurridos los pasos se­ cuenciales y largos en tiempo de notificacion y aplicacion inicial del agente extintor, el departamento de bomberos estit listo para combatir el incendio. El IDcendio en el momenta de la aplicaci6n inicial del agente determina la estrategia de com­ bate del incendio y la probabilidad de exito de la operaci6n. En un sentido amplio, se puedenesperar las .tres categorias 5i­ guientes de incendios:

ta.manoda

• Incendios relativamente pcqueuos que pueden extinguirse con aplicaci6n directa de agua. • Cuando el incendio es mayor de 10 que puede extinguirse directamente, se puede abrir (vcntilar) el edificio y los cho­ rros demanguera pueden expulsar el fuego, llevar el calor y el humo fuera del edificio. • Los incendios que son demasiado grandes para esta opera­ cion deben rodearse. Se usan toda5 las tecnicas disponibles de ventilaci6n y absorcion de calor por evaporacion del agua; sin embargo, se pierde el area incendiada. Elobje­ tivo principal de esta estrategia es proteger las exposicio­ nes, tanto extemas como intemas. Ventilacion. La ventiladon es una operacion import ante en el combate de incendios. Involucra la extraccion de humo, gases y calor de los espacios del edificio. La ventilacion de los espa­ dos de los edificios desempeila las siguientes funciones impor­ tantes: • Protege la vida al retirar 0 desviar los gasestoxicos y humo de los lugares dondelos ocupantesdeledificio pudieran en­ contrar refugio temporal. • Se mejora el entomo en la vecindad del incendio al retirar el humo y calor. Esto permite a los bomberos avanzar hasta las proximidades del incendio para extlnguirlo. • Se control a la propagad6n 0 direccion del incendio al esta­ blecer comentes de aire que hacen que el fuego se mueva en la direccion deseada. De esta manera, los ocupantes 0 propiedades valiosas pueden ser protegidos ripidamente. • Se liberan gases combustibles sin quemar antes de que se conviertan en una mezcla inflamable, evitando as! una ex­ plosion de gases en combustion 0 explosion de humo. El disefiador del edificio debe estar consciente de estas imp or­ tantes funciones de la ventilacion y proveer los medios adecua­ dos para facilitar las practkllS de ventilacion en 10 posible. Esto puede involucrar paneles de acceso, ventanas desmontables, c1a­ raboyas, u otros medios de apertura rapida de espacios en caso de emergencia de incendio. Los controles de emergencia de los

equipos mecanicos 0 1a inclusion de un sistema de control del humo pueden tamblen sermedios eficaces para cumplir las fun­ ciones de ventilacion del incendio. Cada edificio tiene caracte­ risticas especiales, y, en consecuencia, deberia incorporarse una solucion especial en el disefio del edificio. Suministro y Uso del Agna. El agua es el agente principal uti­ lizado para extinguir los incendios de edificios. Aunque oca­ sionalmente pueden emplearse otros agentes (ej., di6xido de carbo no, quimicos secos, espumas y humectantes, y agentes lim­ pios de reemplazo deha16n), elagua es todavia el principal agente extintor del cuerpo de bombe:ros,",Bnc~onsecuencia, el disefiador del edificio debe anticipar lasnecesidades tanto del departamento de bomberos como de los sistemas de extinci6n automatica y asegurarse de la provision de un suministro de agua adecuado con presion residual adecuada. Normalmente, el agua se suministra al edificio por medio de tuberias madres que son parte del sistema publico de distri­ bucion de agua. Pocas ciudades pueden suministrar suficiente cantidad de agua a las presiones requeridas en todas las partes de la ciudad. En consecuencia, el agua suministrada a hidran­ tes, tuberias verticales 0 columnas 0 bombas en los vehiculos de los bomberos 0 en los mismos edificios debe reforzar los siste­ mas rociadores. Los edificios que no tengan una fuente de agua adecuada y confiable para el combate de inceridios deben pro­ veer agua suplementaria 0 incorporar otras medidas de defensa contra incendios para compensar esta deficiencia. Se debe prestar atencion cuidadosa al suministro, distribu­ cion y presion del agua para emergencias de incendio. Los edi­ ficios de muchos pisos son especialmente vulnerables en este respecto debido a las presiones de agua que se requieren depen­ den de la altura del edificio. Tambien se debe prestar atenci6n cuidadosa a las necesidades de suministro de agua de los gran­ des edificios. Las situaciones de incendio que requieren la operaci6n de gran numero de rociadores 0 el uso de muchos chorros de man­ guera pueden reducir la presion en las columnas de tuberia y sis­ temas .de rociadores hasta .elpunto dondese afecta negativamente el sistema de distribuci6n.Las conexiones del departamento de bomberos para los sistemas de rociadores y tu­ berias verticales son partes importantes de las defensas deledi­ ficio contra incendios. El disefiador del edificio debe considerar cuidadosamente los detalles de instalacion de las conexiones de bomberos para asegurarse de que esten facilmente localizadas, accesibles, y debidamentrr: marcados. Las localizaciones deben ser aprobadas por el departamento de bomberos locaL Remocion delAglla. Los pisos impermeables son importantes para la remoci6n del agua. Los esfuerzos de salvamento pueden ser muy afectados por la integridad de los pisos. De mayor im­ portancia es el numero y localizaci6n de los desagiies del piso. Si hay desagiies y colectores interiores disponibles, los equipos de recuperacion pueden retirar eficientemente el agua con dano minimo para la estructura

Control de 10 Expuesto Como se muestra en Figura 1.1.4 del arbol de conceptos de pro­

1-14 SECCION 1 • Prineipios del fuego y ciencia del fuego

Controlar 10 expuesto

Conservar el ambien­ te esencial

Detectar necesidades

Proveer medios de traslado

Proveer Sefialar necesidades instrucciones

<±>

= Portal

0

0

Proveer capacidad

Proveer integridad de la ruta

Portal Y

FIGURA 1.1.4 Componentes de la rama "controlar 10 expiJesto" del arbol de conceptos de proteccion contra ineendios (v = punta de transferencia / entrada)

tecci6n contra incendios, el impacto del incendio puede dismi­ nuirse controlando 10 "expuesto", es decir, las personas, propie­ dad., operaciones, ambiente 0 patrimonio historico, dcpendiendo de los aspectos del disefio en consideracion. La rama ~'control de .10 expuesto" tiene exito, ya sea limitando 1a cantidad ex­ puesta oprotegiendo 10 expuesto. Por ejemplo, se puede res­ tringir el numero de personas 10 mismo que la cantidad 0 tipo de propiedad en un espacio. Con frecuenciaesto es poco pn\.ctico.

Si estees el caso, todavia se puedencumplir los objetivos in­ corporando caracteristicas de disefioque protejan 10 expuesto. Las personas 0 propiedad expuestas sepueden proteger ya sea trasladandolas a un area de refugio seguro 0 defendiendolas en su 5itio. Por ejemplo, las personas en ocupaciones institu­ cionales como hospitales, sanatorios y centros de detencion 0 correccionales, generalmente debendefenderse en su 8itio. Para hacer esto, se deberia tener en cuenta la rama "defender 10 ex­ puesto en el sitio" que se muestra en la Figura 1.1.4. Ademas, las personas alertas y con movilidad, como los que se espera ocupen oficinas y escuelas, podrian trasladarse para protegerlos de la exposicion al incendio ya sea a corto 0 largo plazo, depen­ diendo de los otros elementos clave de disefio. La Figura 1.1.4 ilustra los conceptos que deben implementarse si se van a al­ canzar los objetivos de protecci6n contra incendios al controlar las personas y propiedad expuestas. E1 disefio para proteccion de la vida puede involucrar uno

o varios de los anteriores conceptos: (1) evacuacion de los ocu­

pantes, (2) defensa de los ocupantes en el sitio, 0 (3) provision

de un area de refugio eficiente. Estas altemativas se pueden eva­

luar en la posibilidad de que los espacios del edificio sean de­

fendibles por el periodo de tiempo necesario para alcanzar el

grado esperado de seguridad. El criterio de sostenibilidad, por

10 tanto, se convierte en parte importante del disefio.

Evacuacion.EI disefio de evacuacion de edificios comprende

dos partes prio.cipales: (1) la disponibiljdad de una ruta 0 rutas

de salida aceptables, y (2) la advertencia eficiente a los ocupan­ tes con tiempo suficiente par, permitir la salida antes de que par­ tes de la ruta de salida se vuelvan insostenibles. La advertencia a los ocupantes de ia existencia de un in­ cendio es parte vital del disefio de proteccion de la vida. Un ob­ jetivo de desempefio util podria ser asegurarse de que los ocupantes tendrian suficiente tiempo para escapar del incendio antes de que se bloqueen las rutas de escape. Para lograr esto, el disenador debe asegurarse de que el incendio y el movimiento de sus productos de combustion seran 10 suficientemente lentos para proporcionar ese tiempo, 0 incorporar estipulaciones espe­ dales en el edificiD para lograr ese objetivo. Defensa en el Lugar. La segunda alternativa de diseno de pro­ teccion de la vida es defender a la persona en el lugar. E8to

CAPITULO 1 •

Fundamentos del diseno de edificios protegidos contra incendios 1-15

puede ser apropiado para ocupaciones como hospitales, sanato­ rios, centros de detencion y correccionales y otras instituciones. Puede ser una altemativa apropiada para otros edificios cuando el tamailo 0 disefio puedan indicar que la evacuacion tiene una probabilidad muy baja de exito. EI disefio para defensa en el lugar tambien utiliza el criterio de desempefio de los niveles de tiempo y sostenibilidad. EI criterio de desempefio relacionado con el tiempo podria indicar que el espacio del edificio deberfa ser sostenible por un perfodo de tiempo suficiente despues del inicio del incendio. Esta duracion podrfa no ser mayor que la duracion de cualquier incendio previsto. La definicion de sostenibilidad puede ser muy diferente de la aceptable para evacuacion debido a la in­ fluencia del tiempo y los productos de combustion. Refugio. La tercera altemativa es proyectar un area de refugio. Esto involucra el movimiento de ocupantes a traves del edificio hacia espacios de refugio disefiados especialmente. Este tipo de disefio es mas dificil que cualquiera de las otras dos altemativas porque comprende los principales aspectos de disefio de cad a una. Esta puede ser una altemativa razonable en ciertos tipos de edificios. Sin embargo, la evaluacion de la eficacia del disefio del area de refugio y su probabilidad de exito son sumamente importantes. El disefio de la protecci6n de la vida para un edificio es di­ ficil. Este cubre mas que las estipulaciones para salida de emer­ gencia. EI disefio de proteccion de la vida tambien debe tener en cuenta la poblaci6n que usara el edificio y 10 que estaran ha­ ciendo la mayor parte del tiempo. Se deben considerar la co­ municacion, la proteccion de rutas de escape, y areas temporales o perrnanentes de refugio por un periodo de tiempo razonable para que los ocupantes del edificio alcancen su seguridad. Aun los ocupantes farniliarizados con el entomo con fre­ cuencia experimentan dificultad para localizar los medios de sa­ lida. El problema se complica para los transeuntes y visitantes ocasionales en el edificio. EI plano arquitect6nico y patrones norrnales de circulacion son elementos importantes en la eva­ cuacion de emergencia. Por ejemplo, muchos edificios grandes de oficinas son un laberinto de oficinas, areas de almacena­ miento y salas de reuniones. Las rutas de emergencia marcadas claramente pueden emiquecer las caracteristicas de proteccion de la vida en todos los edificios.

BIBLIOGRAFIA Referencias citadas 1. Society of Fire Protection Engineers, SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire Protection Analysis and Design of BUildings", National Fire Protection Association, Quincy, MA, 2000. 2. "America Burning", report of the National Commission on Fire Prevention and Control, 1973, Superintendent of Documents, U. S. Government Printing Office, Washington, DC.

C6digos, Normas y Practicas Recomendadas de la NFPA La consulta de los siguientes c6digos, normas y pnicticas recomenda­ das de la NFPA proporcionaran mayor informaci6n sobre los funda­ mentos de disefio de edificios con seguridad contra incendios tratados en este capitulo. (Ver la ultima versi6n del Catiilogo de la NFPA para disponibilidad de ediciones actualizadas de los siguientes documentos) NFPA 1, Fire Prevention Code NFPA 13, Standardfor the Installation ofSprinkler Systems NFPA 14, Standardfor the Installation ofStandpipe, Private, Hydrant, and Hose Svstems NFPA 22, Stand~rd for Water Tanks for Private Fire Protection NFPA 24, Standard for the Installation of Private Fire Service Mains and Their Appurtenances NFPA 70, National Electrical Code® NFPA n®, NatioYJal Fire Alarm Code® NFPA 80 A, Recommended Practice for Protection ofBUildings. NFPA 90 A, Norma para la Instalaci6n de Sistemas de A ire Acondicio­ nado y Ventllaci6n. NFPA 92 A, Recommended Practice for Smoke Control Systems. NFPA 92 B, Guiaefor Smoke Management Systems in Malls, Atria and Large A reas NFPA 101 ®, Life Safety Code ® NFPA 101 A, Guide on Alternate Approaches to Life Safety . NFPA 220, Standard on Types Buildings Construction NFPA 221, Standardfor Fire Walls and Fire Barrier Walls NFPA 232, Standardfor the Protection ofRecords NFPA 241, Standard for Safeguarding Construction, Alteration, and Demolition Operations. NFPA286, Standard Methods ofFire Testsfor Evaluating Contribution of Wall and Ceiling Interior Finish to Room Fire Growth. NFPA 550, Guide to Fire Safety Concepts Tree. NFPA 909, Codefor the Protection ofCultural Resources. NFPA 914, Code for Fire Protection Historic Structures NFPA 1142, Standard on Water Supplies for Suburban and Rural Fire­ fighting NFPA 1600, Standard on Disaster/Emergency Management and Busi­ ness Continuity Program.

Revisado por D. D. Drysdale

' E,

ste sap" ituloprese~ta defi,~i',cione~ Msicas de algunas pro­ piedades ffsicas y terminos qliimicos relacionados al fuego; tambien trata sobre combustion, los principios del fuego, rnedicion del calor, transferencia de calor, y fuentes de energfa ca10rifica (ej" fuentes de ignicion). EI material conte­ nido en este capitulo no pretende ofrecer un curso completo de instruccion so bre el tema, sino presentar material de referencia Msica relevante a esta y otras secciones de este manual.

DEFINICIONES Y PROPIEDADES BAslCAS Atomos y MolE~culas Atomo. Los atomos son las partfculas Msicas de la composi­ ci6n quimi~. Enos forman la base de toda la materia que co­ nocemos.. Cada atomo tiene un nueleo 0 centro denso, de carga positiva, que incluye protones (de carga positiva) y neutrones (sin carga), yalrededor del cual se giran los electrones de carga negativa en un patron regularmente estructurado. El numero de protones y electrones es igual, asegurando que el atomo sea elec­ tricamente neutro. La estructura precisa del "nube electr6nica" o "enjarnbre" de electrones determina la naturaleza quimica y reactividad del atomo. Numero At6mico de un Elemento. EI numero at6mico es el numero de protones en el nueleo del atomo de un e1emento. Este numero ,determina laposici0n ·de ese elemento·enlaTabla Pe­ riOdica(Tabla 1.2.1 ),que muestra la regularidad fundamental en laspropiedades de los elementos. Masa At6mica de un Elemento.Lamasa.at6mica de un ele­ mentoes proporcional a la masa de" su atomo. La "escala" se basaarbitrariamente en el isotopo de carbona 12 (el isotopo de carbona que contiene seis protones y seisneutrones). La masa de C-12 correspondiente a 12 g contiene 6,022 X 1Oz3 atomos (conocido como Numero de Avogrado). Los masas atomicas de los elementos se dan en la Tabla 1.2.2 1. Elemento. Los elementos son sustancias que estan integradas de un solo tipo de atomo (ej., carbono puro, C; nitrogeno N z; bromo, Brz). Is6topo. Los ,itomos que contienen el mismo ntunero de proto-

D. D. Drysdale, Ph.D., es profesor de ingenierfa de protecci6n con­ tra incendios de la Escuela de Ingenieria Civil y Ambiental, Universi­ dad de Edimburgo, Escoeia.

nes pero diferentes ntuneros de neutronesse llamanisotopos. La mayoria de los elementos tienen mas de ,tin is6topo (ej., C-12 y C-13 que ambos contienen seis protones, pero el primero tiene seis neutrones y el segundo siete neutrones).

Molecula. Las moleculas son grupos de ,Homos combinados en proporciones fijas. Las sustancias compuestas de moh~culas que contienen dos 0 mas clases diferentes de atomos se Haman com­ puestos. Las mohkulas de un solo compuesto son identicas. Formula Quimica. La formula quimica representa el numero de atomos de los diferentes elementos en una molecula. Por ejemplo, elagua es H 20 (dos atomos de hidrogeno y uno de oxi­ geno), mientras el propano es C3H s' donde C representa el car­ bono (ver Tabla 1.2.2 para los simbolos de otros elementos). Se puede escribir una formula para indicar la cantidad de atomos de cada elemento a 10 que se denomina 'formula minima" y tam­ bien se puede escribir indicando la distribuci6n de los atomos en la molecula 'formula semidesarrollada". Entonces, propano es CH3 -CH z- CHJ . Masa Molecular de un Compuesto. Es la suma de las masas at6micas de todos los atomos en su molecula. Por ejemplo, de su formula quimica, la masa molecular del propano (C3HS) es (3 X 12) + (8 X 1) 44. El masa molecular gramo de una sustancia es la masa de la sustancia igual a su mas molecular en gramos. MoL Una mol de un elemento ocompuesto es la cantidad que corresponde a la masa molecular gramo 0 a su masa molecular en gramos. As! un mol de propano tiene masa de 44 g. Un mol de cualquier elemento 0 compuesto contiene 6,022 X 1023 mo­ leculas (ver definici6n de masa atamica).

Reacciones QUlmicas Reacci6n Quimica. Pr6ceso por el cual los reactivos se con­ vierten enproductos. Con mucha frecuencia, la ecuaci6n que se usa para representar uua reaccion quimica oculta los detal1es del mecanismo (mecanismo de la reacci6n) por el cual se realiza el cambio. Por consiguiente, la ecuaci6n para la oxidacion del pro­ pano se escribe convencionalmente como:

Sin embargo, el mecanismo de la reaecion es muy complejo e involucra especies sumamente reactivas llamadas radicales li­ bres. Los radicales libres inc1uyen el hidrogeno y oxigeno ato­ mico, e1 radical hidr6xilo (OW,), y muchos mas. La conversion de propano a dloxido de carbon9 y agua comprende cientos de pasos intermedios (reacciones elementales), que crean una re­

1-17

1-18

Principios de/fuego y ciencia de/fuego

SECCION 1 •

TABLA 1.2.1

Tablaperiodica gases nobles

0

,...---- no metales ~--

2

He 4.00

III A VA VilA Helio ~:;5"':'-'-'-"~'--~i-~'--'-~~'-+---'-==--.j 9

B

.

24.31

jperlodo

4

III B

IVB

VB

VI B

20

21

22

23

24

Ca

Sc

Ti

44.96

Ne

10.81

19.00

20.18

Boro

Fluor

Ne6n

M~ ~. ~ j~_-~.-_-.~-_"-._"-"- ­ ..-".-.-._-._-._.:~~~~~.~e transici6n-------~ Mag~

10

F

N

18 .~~ ~.~L 39.95 ArgOn

36

V

Cr

Kr

47.88

50.94

52.00

83.80

Tltanio

Vanadio

Cromo

Qiptbo

54

Xe 131.29 Xenon

85

86

At

Rn

(210)

(222)

Asfato

Radon

118

"""

Serie de los lantimidos

57

La

58

59

i

60

Pr • Nd

Ce

I 61 i

138.91 140.12 140.91 •144.24. (145) Lantano

Cerio

62

Pm. Sm

PrasEoilrnio: Neodlmio : Promecslo

150.4 Samario

63

64

Europio

Gadolinio

65

(293)

(281)

(289)

6667:68

69

70

Holm"

Tul"

Ite!bio

II

71

Tm Vb Lu Eu • Gd Tb Dy 164.93 Ho •167.26 Er 168.93 173.04 174.97 151.961157.25 158.93 •162.50 Terbio

Di5pro;io

f!rbio

wctesio

103

Serle de los actinidos

Lr (260) Laurenda

acci6n en cadena 0 cadena de reacciones. Son reacciones ele­ mentales tipicas: C3H8+ H C3Hg+OH C 3H7+ O2

C 3H7 +H2

C3H 7+ H 20

+H02

Los radicales son sumamente reactivos y de corta vida. La reacci6n de atomos H con oxigeno molecular esde especial im­ portancia porque conduce a ramificaciones de la cadena: OH+O OH En las cuales un radicallibre (el atomo H) se reemplaza con tres (dos OH y un C3H7-)' A temperaturas altas, la reacci6n H + 02 empieza a dominar y la velocidad de conversi6n (propano a pro­ ductos) aumenta dramaticamente. Si se adicionan especies que extraen atomos de hidr6geno (ej., halones, polvo seco) ala fiama, entonces la ve10cidad de conversi6n (ej., velocidad de combusti6n) desciende dramaticamente.

Estequiometrica/Estequiometria. Una mezcla estequiome­ tricade combustible y aire es aquella donde hay una proporci6n equiva1ente exacta de combustible y oxigeno (en el aire) de ma­ nera que despues de la combusti6n todo el combustible se ha consumido y no queda oxigeno. La ecuaci6npara Ia oxidaci6n del propano defme lamezcla estequiometrica propan%xigeno como 1:5 (en volumen).Comoel oxigeno es aproximadamente 21 por ciento del aire nonnal, 1a mezcla estequiometrica pro­ pano/aire seria 1:(5 /O,21), eS'decir, 1:23,8 (en volumen). (Esto corresponde a una relaci6n de 1:15,7 de masa.) Calor de Reaccion: EI calor de una reacci6n quimica es la energia absorbida 0 liberada cuando ocurre esa reacci6n. Las re­ acciones exotermicas tiberan energia cuando suceden, mientras que la se absorbe cuando se presenta una reacci6n en­ dotermica. Las reacciones de combusti6n son exotermicas (los productos son mas estables que los reactivos). Las reacciones endotennicas incluyen la pir6lisis de combustibles s6lidos, 10 mismo que los procesos de descomposici6n que ocurren en el hormig6n cuando se tiberan moleculas de agua de cristalizaci6n (moleculas de agua que se requieren para fonnar crista1es) a altas temperaturas. '

CAPiTULO 2 •

Ou/mica y fisica del fuego

1-19

TABLA 1.2.2 Los elemento quimicos Elemento

Sfmbolo

No,A1omico

Actinio Aluminio Americio Antimonio Argon ArsEmico Astato Azufre Bario Berkelio BeriUia Bismuto Boro Bromo Cadmio Calcio Californio Carbono Cerio Cesio Cloro Cromo Cobalta Cobre Curio Disprosio Einstenio Erbio Escandio Estano Estroncio Europio Fermio Fosforo Fluor Francio Gadolinio Galio Germanio Hafnio Helio Hierro Holmio Hidrogeno Indio Iodine Iridio Iterbio Itrio Krypton lantano lawrencio

Ac AI Am Sba Ar As At S Ba

La

89 13 95 51 18 33 85 16 56 97 4 83 5 35 48 20 98 6 58 55 17 24 27 29 96 66 99 68 21 50 38 63 100 15 9 87 64 31 32 72 2 26 67 1 49 53 77 70 39 36 57

lr

'03

.Bk Be Bi B Br Cd Ca Cf C Ce Cs CI Cr Co Cu Cm Dy E Er Se Sn Sr Eu Fm P F Fr Gd Ga Ge Hf He Fe Ho H In I Ir Vb V Kr

Peso atomieo

Elemento

(227) 226,98 (243) 121,75 39,95 74,92 (210) 32,06 137,34 (247) 9,01 208,98 10,81 79,90 112,40 40,08 (251) 12,01 140,13 132,91 35,45 52,00 58,93 63,55 (247) 162,50 (254) 167,26 44,96 118,69 87,62 151,96 (257) 30,97 19,00 (223) 157,20 69,72 72,59 178,49 4,00 55,85 164,93 1,01 114,82 126,91 192,20 173,04 88,91 83,80 38,91 (257)

Litio lutecio Magnesio Manganeso Mendelevio Mercurio Molibdeno Neodimio Ne6n Neptunio Niquel Niobio Nitrogeno Nobelio Oro Osmio Oxigeno Paladio Plata Platino Plomo Plutonio Poionio Potasio Praseodimio Prometio Protactinio Radio Radon Renio Rodio Rubidio Rutenio Samario Selenio Silicio Sodio Talio Tantalio Tecnecio Tel.urio Terbio Torio Tulio Titanio Tungsteno Uranio Vanadio Xenon Zinc Zirconio

Simbolo

Li lu Mg Mn Md Hg Mo Nd Ne Np Ni Nb N No Au Os

0 Pd Ag Pt Pb Pu Po

K Pr Pm Pa Ra Rn Re Rh Rb Ru Sm Se Si Na TI Ta Tc Te

Tb TI;I Tm

Ti W U V Xe Zn Zr

NO,Atomieo

3 71 12 25 101 80 42 60 10 93 28 41 7 102 79 76 8 46 47 78 82 94 84 19 59 61 91 88 86 75 45 37 44 92 34 14 11 81 73 43 52 65 90 69 22 74 92 23

54 30 40

Peso atomico

6,00 174,97 24,31 54;94 (256) 200,59 95,94 144,20 20,18 237,05 58,71 92,91 14,01 (254) 196,97 190,20 16,00 106,40 107,87 195,09 207,20 (244) (210) 39,10 140,91 (145) 231,04 226,03 (222) 186,20 102,91 85,47 101,07 150,40 78,96 28,09 22,99 2Q4,37 180,95 98,91 127,60 158,93 232,04 168,93 47,90 183,80 238,03 50,94 131,30 65,38 91,22

Nota: £asado en la masa at6mlca relativa asignacla de' isotopo de carbono 12, igual a 12,00. La mayoria de los elementos estan forma­ dos de mezclas de isotopos. Los elementos con peso at6mico entre parentesis son isotopos inestables. • En algunos el sfmbolo no proviene de su nombre en espano!, sino que se derivan de los nombres de los elementos en griego a en latin, asi: Ag (plata, 0 argentum), Au (oro, a aurum), Fe (hierro 0 ferrum), Hg (mercurio, 0 hydrargyrium), K (potaslo, 0 kalium), Na (sodio, 0 Natrium), Pb (plomo, 0 plumbum), Sn (estano, 0 stannum), y Sb (antimonio, 0 stibium).

1-20

SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

T R

Propiedades Frsicas Densidad. La densidad de una sustancia es la relacion de su masa entre su volumen (expresada como g/cm3, kg/m3, 0 lb/pie3). Gravedad Especifica. Es la relaci6n entre la masa de una subs­ tancia solida 0 lfquida y la masa de un volumen igual de agua. (Tomar nota de que los hidrometros mas comunmente usados se basan en una gravedad especifica de 1 para el agua a 4°(; A esta temperatura el agua esm en su densidad maxima. A 1 cm3 pe~a 1 ~~()):. Gravedad Especifica del Gas. Es la relaci6n entre la masa de un gas y la masa de un volumen igual de aire seco a la misma tem­ peratura y presion. Es igual a su masa molecular dividida entre 29, donde 29 es el masa molecular promedio del aire seco (apro­ ximadamente 21 % oxigeno + 79% nitr6geno). Esto es conse­ cuencia directa de la ley de los gases perfectos. (Ver mas adelante)

Flotabilidad. Es la fuerza ascendente ejercida sobre un cuerpo o volumen de fluido por el ambiente £1uido que 10 rodea. Si el volumen de un gas tiene £1otabilidad positiva, entonces es mis liviano que el gas circundante y tendera a elevarse. Si tiene £10­ tabilidad negativa, es mas pesado y tended. a hundirse. La £10­ tabilidad de un gas depende tanto de su masa molecular (ver gravedad especifica del gas) como de su temperatura. Si un gas in£1amable con gravedad especffica mayor a 1 se fuga de manera relativamente lenta de su contenedor, tendera a hundirse hasta un nivel bajo. Si las condiciones son adecuadas, puede viajar a distancias considerables y puede ser incendiado por una fuente remota de ignici6n. Si se fuga propano (C3Hg. MW 44) de un cilindro, se acumulara y extenderii a nivel del pise) con poca diluci6n. En un espacio encerrado, como un s6tano 0 un bote con poca ventilaci6n, esto representa peligro grave. La densidad de un gas disminuye a medida que su tempe­ ratura autnenta. En consecuencia, los ptoductos calientes de la combusti6n se elevan. Por otro lado, inmediatamente despues del derramedeun gas naturallicuado (LNG, principalmente me­ tano), el vapor' es :rn.as pesado que el aire porque esta a una tem­ peratura muy baja (el punto de ebullici6n del metana es ~161.5°C). Como sucede con el propano a temperatura am­ biente, los derrames de LNG pueden ser muy peligrosos porgue el vapor puede extenderse sobre un area extensa. Sin embargo, la gravedad especffica del gas metano a temperatura ambiente es solamente 0,55 (16/29) de manera que el gas se eleva y se dis­ persa. En un area cerrada, puede crear rapidamente un peligro de explosi6n.

Ley de los Gases Ideales

0

=

=

n =

temperatura (K)

la constante ideal del gas (8,314 11K-mol)

el numero de moles de gas involucrados

Esto demuestra que para una cantidad de gas dada {n es cons­ tante),a temperatura constante, la presi6n es inversamente pro­ porcional al volumen (ley de Boyle). Para un contenedor sellado (constante n y V), la presion es directamente proporcional ala temperatura (ley de Charles). El aire, los gases que 10 componen, y los "gases mas ligeros" (Hz, He) obedecen estrictamente .esta ley, aunque las especies de peso molecular mayor tienden a des­ viarse del "comportamiento ideal". La manera mas facil de dis­ tingtfic-entreUJi gas-que probablemente se comportata "idealmente" y uno que no 10 hara, es tener en cuenta su punto de ebullici6n. Los gases que estiin cerci:! de su temperatura de condensaci6n (por ejemplo, justo pOI encima del punto de ebu­ llici6n delliquido) son propensos a desviarse notablemente del comportamiento ideal: esos gases se describen mas apropiada­ mente como "vapores". Sin embargo, esta ecuacion se usa ampliamente en los cal­ culos de ingenieria de proteccion contra incendios. En la ma­ yoria de cas os, el grade de diluci6n de los gases del fuego es tan grande que estos se componen principalmente de aire. La ecua­ cion citada anteriormente es una aproximaci6n satisfactoria al comportamiento real.

Presion del Vapor y Punto de Ebullicion Debido a que las moleculas de un liquido estiin siempre en mo­ vimiento (la cantidad de movimiento depende de la tempera­ tura), continuamente estiin escapando moleculas de la superficie libre delliquido a1 espacio de superior. Algunas moleculas per­ manecen en este espacio mientras que otras, debido al movi­ miento aleatorio, colisionan con la superficie delliquido y son "recapturadas". Si elUquido esta en un contenedor cerrado (ej., una lata nena de gasolina hasta la mitad), se lograrii el equilibrio cuando el mismo numero de moIeculas que salen (se evaporan) esm regresando alUquido desde su estado gaseoso. En el estado de equilibrio, la presi6n generada por el vapor es la presion de saturaci6n del vapor. Esta semide en kiloPascales (kPa) 0 en li­ bras por pulgada cuadrada absolutas (psia) • y aumentaa me­ dida que seeleva la temperatura delliquido. Si elliquido esm en un contenedorabierto, las moleculas en estado de vapor se difunden continuamente lejos de la superfi­ cie y el liquido se evapora." La velocidad de evaporaci6n au­ menta con la temperatura y tambien esta por el movimiento del aire y (en menor proporci6n) por la presi6n. El Ifquido hierve cuando la presi6n de saturaci6n del vapor iguala la presi6n atmosferica (101,3 kPa).

Perfectos

La ley de los gases ideales 0 perfectos establece la relaci6n entre presi6n, temperatura y volumen para un gas y se puede expresar como; PV=nRT donde P presion (Pa) V volumen (m3 )

*La presion absoluta es la fuerza total ejercida sobre una unidad de iirea. Semideen Pascales 0 :-.Iewtonlm(Pa, 0 N/m2) 0 en libras cuadrada (psi). Generalmente se expresa en fracciones 0 multiplos ferica, 0 en terminos de la altura de una columna de liquido mercurio, Hg.) que equilibra la presion absoluta. En casos se usan in­ dicadores de presion, la presion absoluta se obtiene agregando la manometrica a la presion atmosf6rica. La presion atmosferica 0 ambie:tltal normal es igual a 101,3 kPa, 14,7 psia, 760 mm Hg, 0 30

CAPiTULO 28 Qufmica y tisica del fuego

Gravedad Especifica Vapor-Aire (vasg).. Es la proporcion del peso de una mezcla de vapor-aire (resultante de la vaporizaci6n de un liquido al equilibrio a temperatura y presion dadas) al peso de un volumen igual de aire bajo las mismas condiciones. La gravedad espedfica de una mezc1a de vapor-aire entonces de­ pende de la presion del vapor y el masa molecular del Hquido. A temperaturas muy por debajo del puntode,ebullicion, la pre­ sion del vapor del liquido puede ser tan baja que 1a mezcla de vapor-a ire, compuesta principalmente de aire, tiene una densi­ dad que se aproxima a la del aire puro, es decir, la gravedad es­ pecffica del vapor-aire es aproximadamente I. A medida que aumenta la temperatura de11fquido, la"Velocidad de Vaporita~ cion aumenta y la presion de vapor local aumenta. Cerca al punto de ebullicion del liquido, la gravedad especifica vapor­ aire se acerca a la graved ad especifica de vapor puro. Una mezc1a vapor-aire con una densidad significativamente por encima de la del airea la temperatura ambiente busca nive­ les inferiores y puede viajar a alguna distancia de la fuente. La gravedad especffica vapor-aire de una sustancia a temperatura ambiente puede calcularse como sigue: Donde P corresponde a la presion ambiental, p la presion del vapor delliquido a temperatura ambiente, y s la gravedad es­ pecifica del vapor puro. Entonces, vsag=

' ,. pxs I EI pnmer ternuno, ---p- es a contribucion del vapor ala gra­ vedad especffica de la mezcla; el segundo

xS

tennillo, es la contribucion del aire. Ejemplo: Encontrar la gravedad especffica vapor-aire a 38°C y la presiOn atmosf6rica para un /iquido inflamable cuya grave dad especifica de vapor es 2, y cuya presi6n de vapor a 38°C es 10.1 kPa, 0 un decimo de la presion atmosf6rica. vsag = 10,1 X 2

101

+ 10 1 - 10 .

0,2+ 0,9:::: 1,1

COMBUSTION La combustion es una reacciori exotennica, auto-mantenida que involucra Un combustible solido, lfquido, y/o en fase de gas. EI proceso esta usualmente (pero no neeesariamente) asociado con la oxidacion de un combustible por oxigeno atinosferico. Algu­ nos solidos pueden quemarse directamente por combustion in­ candescente 0 en bras as sin llamas, pero en la combusti6n en llamas de combustibles solidos y liquidos, la vaporizaci6n su­ cede antes de la combustion. Es necesario distinguir entre dos tipos de llamas: (1) premezclada, en 1a cual el.combustible ga­ seoso se mezcla fntimamente con aire antes de la ignici6n, y (2) difusiva, en la que la combustion tiene lugar en las regiones donde se estan mezclando el combustible y el aire. Si tiene lugar la combustion premezciada en un lugar encerrado, ocurre una elevacion rapida de presion, produciendo una explosion.

1-21

Reacciones de Oxidaci6n El fuegotraecons'igo reacciones de oxidacion que son exoter­ micas, es decir, que se genera calor. Las reacciones son com­ plejas y no se comprenden en su totalidad, aunque se pueden hacer ciertas generalizaciones. Para que ocurra una reacci6n de oxidacion, deben estar pre­ sentesun material combustible (combustible) y un agente ox i­ dante. ·Los combustibles incluyen iunumerablesmateriales que, debido a sus propiedades quimicas, pueden oxidarse para pro­ ducir especies (compuestos) mas estables, comoe1 di6xido de carbOnoyagua;eb cobsecuerieiil., pot ejetnplO~

Los hidrocarburos, tales como el propano (C3Hg), consisten totalmente de carb6n e hidrogeno y pueden considerarse como "combustibles prototipos". Todos los combustibles comunes (or­ ganicos), ya sean solidos, liquidos 0 gaseosos, estan basados en el elemento carbono, con importantes proporciones de hidrogeno, y pueden contener tambien oxfgeno (ej., madera, polimetil-metacri­ lico [PMMAJ), nitrogeno (ej., lana, nylon), cloro (ej., cloruro de polivinilo [PVC]), y as! sucesivamente. En el contexto actual, e1 agente oxidante mas comtin es el oxigeno molecular (OJ del aire, que consiste aproximadamente de una quinta parte de oxigeno y cuatro quintas partes nitr6geno. Sin embargo, ciertas substancias quimicas son agentes oxidantes poderosos, como el nitrato de sodio (NaN0 3) y clorato de pota­ sio (KCI0 3), los cuales, si se mezclan intimamente con un com­ bustible s6lido 0 liquido, producen mezclas sumamente reactivas. POI 10 tanto, la polvora negra es una mezcla fisica de carbona yazufre (el combustible) con nitrato de sodio como oxi­ dante. Si se incorporan quimicamente gropos reactivos a un combustible, tales como el grupo de nitratos, como el nitrato de celulosa 0 trinitrotolueno (TNT), las especies resultantes pueden ser sumamente inestables y bajo las condiciones apropiadas se descompondran violentamente. Haycircunstancias que involucran especies reactivas en las cuales puede tenerlugarlacombustion sin que haya oxigeno in­ volucrado. Por 10 tanto, los hidrocarburos pueden "arder" en una atmosfera de cloro, mientras que el polvo dezirconio se puede in­ £lamar en una atmosfera de dioxido de carbono puro. Ignicion (Ignicion Prq.vocada y Autoignicioll). La ignici6n es el proceso por el cual se imcia la combustion autosostenida. Con­ siderando primero una mezcla de un gas 0 vapor inflamable y aire, (ver mas abajo), una ignicion provocada se puede obtener con la introducci6n de una fuente de ignici6n, como una llama 0 chispa. Sin embargo, si la temperatura se eleva suficientemente, la mez­ cia presentara autoignicion, 1a es cual el comienzo de la combus­ ti6n es espontaneo. Generalmente, para que el proceso de combustion se con­ vierta en autosostenido, las moleculas de combustible y oxigeno se deben excitar hasta un estado activado, 10 que resulta en la for­ maci6n de especies intennedias altamente reactivas (radicales li­ bres). Estos radicales libres inician reacciones rapidas en cadena ramificadas, que convierten el combustible yel oxigeno en pro­ ductos de la combustion, con hi liberacion de calor (energia). La

1-22

SEC CION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

reacci6n en cadena sera auto-sostenida en tanto la velocidad de formaci6n de ]08 radicales iguale (0 exceda) su velocidad natu­ ralde eliminaci6n (descomposici6n). Una vez haya ocurrido la ignici6n, la combustion continuara hasta que todo el combustible u oxidante disponible se haya consumido, 0 basta que la llama se haya extinguido. una ignicion auto-mantenida puede tener lugar sol~ente en aquellas situaciones que sean capaces de sostener combustion auto-sostenida. Por ejemplo, si la presion del ambiente ( () concentracion de oxidante en el ambiente) es in­ suficiente para mantener la combustion, tambien sera insuficiente para la ignicion. Para liquidos y s6lidos combustibles, la iniciacion de las llamas ocuITe' enla lase degas~' Se debe su~inist;ar primero la energia termica (calor) para convertir una parte suficiente del combustible en vapor, creando asi una mezcla inflamable de vapor y aire en la vecindad de la supemcie. Para la mayoria de los combustibles liquid os, este es simplemente un proceso de evaporaci6n, pero casi todos los combustibles solidos deben su­ rnr descomposici6n quimica antes de que se libere el vapor. Se puede generalmente identificar 1a temperatura minima del H­ qui do 0 solido que sea capaz de produciruna mezcla inflamable cerea de la supemcie del combustible. Para combustibles Uqui­ dos, esto se defme en terminos de la temperatura de 1a masa del liq uido, y se llama punto de inflamaci6n. EI mismo fenomeno se puede observaren los combustibles s61idos, pero se define como temperatura de superficie. Se debe anotar que estas son tempera­ turas de ignici6n provocada, porque se necesita una fuente ex­ tema para incendiar la mezcla y se quemaci solamente la mezcla de vapor y aire inflamable. Se debe alcanzar una temperatura li­ geramente mas alta (el punto de combustion) para que.el com­ bustible Hquido (0 solido) continue ardiendo despues de que la mezc1a inflamable se ha consurnido.

TABLA 1.2.3 Variacion de temperatura de autoignicion can la composicion de la mezcla

%de propano

Jemperatura de autoignicion

en el aire

"C

1,50 3,75 7,65

1018 936 889

548 502 476

TABLA 1.2.5 Lim/tes de /nf/amabi/idad para gases y vapores tipicos!

Limite menor de inflamabilidad

% par Volumen

% par Volumen Hidrogeno Metano Propano n-Octano Etileno Acetileno Metanol Etanol Acetona

4,0 5,0 2,1 0,95 2,7 2,5 6,7 3,3 2,6

Limite mayor de inflamabilidad

3,6 36 42 49 -35 .

29 103 70 70

75 15 9,5 ··36· (100) 36 19 13

67 126 210 700 810 480 390

En la pnictica, las temperaturas de ignicion provocada en so­ lidos y liquidos pueden ser afectadas por la velocidad del flujo de aire (oxidante), la velocidad de calentamiento, y el tamafio y forma dellecho del combustible. Como resultado, las temperatu­ ras de ignicion provocada reportadas, especialmente para solidos, dependen parcialmente de los metodos especificos de prueba. Generalmente, la ignici6n provocada de una mezc1a de un gas 0 vapor y aire es afectada por la composici6n, presi6n am­ biental, y dimensiones del contenedor, 10 mismo que por la natu­ raleza y energia de la fuente. Para una mezc1a determinada de combustible y aire, hay una presion minima por debajo de la cual no ocurre la ignicion. A medida que aumenta la temperatura, se requiere menos y menos energia extema para incendiar la mez­ cIa hasta que, a una temperatura suficientemente alta, la mezcla se incendia espontaneamente. Esta temperatura se conoce como temperatura de autoignicion (0 ignicion espontanea) ("AIT'). La temperatura de autoignicion de un combustiblegaseoso tambien depende de la composicion y presion, pero es particu­ larmt:nte seJ;lsibl~ at tarn'lJio.yforma delrecipienteen el cual se efectua la determinacion. Las diferencias en los aparatos de prueba pueden llevar a diferencias significativas en los resulta­ dos; por ejemplo, se han reportad~ diferente valores de "AlT" (temperatura de amoignicion)eil la Iiteratura para el mismo vapor (Tab las 1.2.3 y 1.2.4). (Los rnismos comentarios son rele­ solidos.) vantes para .la determinacion del , "AlT" de combustibles .

Umites de Inflamabilidad TABLA 1.2.4 Variacfon de temperatura de autoignicion para el bisulfuro de carbona (eS;} can el tamana del ree/piente.

Temperatura de autoignicion

Volumen em 3

200 1000 10 000

3

12 61 610

OF

"C

248 230 205

120 110 96

Los lfmites de inflamabilidad definen el intervalo 0 rango de concentraciones de gas inflamable (0 vapor) en afre que se in­ cendian si se introduce una fuente de ignicion (ej., llama, chispa electrica, etc.) en la mezcla. (Tabla 1.2.5). Por ejemplo, a 25°C, las mezclas metano/aire son inflamables solamente entre 5 por ciento (Ifmite bajo 0 inferior de inflamabilidad) y 15 por ciento (limite superior 0 alto de inflamabilidad) en volumen. Por de­ bajo de 5 por ciento, la mezcla es demasiado pobre para inc en­ diarse, mientras que por encima de 15 por ciento es demasiado rica para arder. Los limites para el hidrogeno son mucho miis amplios (4%y 74% respectivamente). Cuando la temperatura

CAPiTULO 2 •

No inflamable

Nieblas

No Inflamable Puntos de inflamad6n inferiores y superiores

FIGURA 1.2.1 Diagrama indicando los limites de inflama­ bilidad de mezclas vapor-aire de combustibles y como estas varian con la temperatura. La linea inclinada de presion.de vapor indica ellimite de saturaciOn.

de la mezcla aumenta, se amplia el rango de inflamabilidad, y cuandose reduce la temperatura el rango se reduce (Figura 1.2.1). Un aumento de temperatura pliedehacer que una mez­ chi no inflamable se vuelva inflamable al colocarla dentro del rango de inflamabilidad asociado con -la temperatura mis alta (vease la Figura 1.2.1). Punto de Inflamacion - Copa Cerrada. EI punto de inflama­ cion copa cerrada de un combustible liquido es la temperatura a la cual su presion de vapor corresponde allfmite mas bajo de in­ flamabilidad del vapor (verla seccionsobre presion del vapor). La copa cerrada asegura que haya equilibrio entre elliquido y el vapor. Cuando seintroduce una fuente de ignicion en el espa­ ciocerrado del vapor sobre Ia superficie liquida, se observa un flamazo que se . propaga.por.la.mezcla,consumiendo momenta­ neamente to do elvapordel·combustible. La determinacion se puede hacer enel AparatoPensky-Martens2 copa cerrada.. Eltermino punto mas.:bajo de injlamaci6n.se usa a veces para distinguirlodel punto mas alto deinflamacion que se ciia rara vez(latemperatura de ia masadei Hquido porencima de la cuaLla presion del vapor estasobre el limite. mas alto de infla­ mabilidad)(ver Figura 1.2.1). Esto esaplicable a combustibles Hquidos de punto de inflamacion mas bajo:estos se pueden al­ macenar con relativa seguridad a temperaturas arnbientes si estan por encima del punta mas alto de inflamacion porque la mezcla vapor-aire dentro del recipiente es demasiado rica para incendiarse. La gasolina en un tanque parcialmente Heno es el mejor ejemplo de esto. En contraste, los alcoholes mas volatiles (metanol y etanol) se encuentran entre losdos puntos de inflamacion a temperatu­ ras arnbientes (15-20°C). Con estos combustibles, la mezcla vapor-aire se incendiani, haciendo peligroso cualquier recipiente parcialmente Heno de estos liquidos. (Ra habido varios incen­ diosgraves causados por la ignici6n del vapor de alcohol cuando una lampara de alcohol se volvio a llenar desde un envase antes de que la llama se extinguiera.) Se debe tener en cuenta que el

Quimica y fisica del fuego

1-23

punto de,inflarnaci6n disminuye a medida que disminuye la pre­ sion atmosferica; este es el caso en los tanques de combustible de los aviones. Punto de Inflamacion - Copa Abierta. EI punto de inflama­ cion copa abierta de un combustible Jiquido se determina bajo condiciones donde el vapor del combustible puede difundirse lejos de la superficie delliquido. Es latemperatura mas baja de la masa delliquido a la cual se observa un flamazo al poner una fuente de ignicion al borde del recipiente. Todo el vapor del combustible dentro de los limites de inflamabilidad se consume momentanearnen.te y.la .llama.no .dura.. Bsta determinaciGnse haee en elAparato Cleveland CopaAbierta.3 Punto de Combustion. El punto de combustion de un Jiquido se determina normalmente en un aparato copa abierta (ej., el Aparato Cleveland Copa Abierta). Es la menor temperatura de una masa de liquido ala cualla ignici6n de los vapores del com­ bustible es seguida por la combustion continua del Hquido. Como regIa general, punto de mflamacion copa cerrada < punto de inflamaci6n copa abierta < punto de combustion. (Para el n­ decano, estas temperaturas son 46°C, 56°C, Y 64°C respectiva­ mente). Aesa temperatura (punto de combustion) 0 superior, los vapores se estan generando a una velocidad que ptiede sostener la llama. Para los combustibles tfpicos, la velocidad minima de vaporizacion requerida para sostener la combusti6n es del orden de los 2 g!m:'s~ Debe enfatizarse que, si hay una fuente de ignicion pre­ sente, los incendios se pueden propagar sobre liquidoscuyas temperaturas esten considerablemente por debajo de sus puntos (masbajos) de mflamacion. En tales casos, la fuente de ignicion o el incendio mismo calientan localmente la superficie del !i­ quido de manera que su temperatura se eleva por encima del punto de combustion. Las llamas se pueden extender entonees sobre la superficie, ayudadas por las corrientes generadas por Ia tension superficial.

Explosiones Generalmente, las explosiones ocurren en situaciones donde se ha permitido que el combustible y el oxidante se me:i:c1en inti­ mamente antes de Ia ignicion. Como resultado, la reaccion de combUstion ocurte muy rapidamente sinque se yea afectada por el retraso debido a la necesidad de mezc1ar primero el combus­ tible y el oxidante. 8i s~ encierran gases premezc1ados, su ten­ dencia a expandirse 0 incendiarse puede causar una rapida eIevaoion de presion 0 explosion. Esto contrasta con los mcen­ dios cuyos combustibles y oxidantes estan separados inicial­ mente y la velocidad de combustion es controlada por la velocidad a la cual se pueden mezc1ar. En consecuencia, la ve­ locidad de combustion por unidad de volumen de Ia llama es mucho menor en los mcendios, y no se presenta del aumento muy rapido en la presion caracteristico de las explosiones. Para la ignicion de un combustible que ha sido premezc1ado con aire, Ia concentracion de combustible debe estar dentro de los !imites de inflamabilidad. Una vez ocurrida la ignieion, las llamas se propagan por la mezc1a no incendiada hasta que toda la mezcla inflamable haya sido consumida. EI combustible puede estar en forma de gas 0 vapor, 0 una suspension de gotas

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SECCION 1 •

Principios delfuego y ciencia delfuego

(ej., una niebla) de un Hquido combustible, 0 partfculas solidas de unpolvo explosivo.

Catalizadores e Inhibidores Catalizador. Un catalizador es una sustancia que afecta no­ tamblemente la velocidad de la reaccion qufmica pero no cam­ biala reacci6n en sLPorejemplo, el platino enelconvertidor catalitico de un automovi1 hace que e1 combustible resi.dual se queme sin consumir el catalizador del platino. Inhibidores~ . Los inhibidores, .1laIUados tambien estabilizado­ res, son substancia~ q~f~i~as-q~~ pu~de~ ~~r ;fi~dida en p;q~~: nas cantidades a un material inestable para prevenir una reacci6n vigorosa. Por ejemplo, 1a polimerizacion prematura del mono­ mero estireno Se inhibe con la adici6n de por 10 menos 10 ppm (partes por mi1lon) de terbutil-catecol (TBC). Los quimicos re­ tardantes de flama generalmente actUan como inhibidores. Por ejemp10, la adicion de cantidades relativamente pequefias de compuestos que contienen cloro 0 bromo a un material plastico puede aumentar su resistencia a 1a ignicion y reducir su capaci­ dad para mantener ypropagar de llamas pequenas. Sin embargo, las substancias qufmicas retardantes de flama generalmente no son eficaces una vez que el incendio ha crecido.

Materiales Estables e Inestables Materiales Estables. Los materiales estab1es tienen la capaci­ dad de resistir cambios en su exposicion ambiental normal a1 aire, agua, calor, choque, 0 presion. La mayorla de materia1es combustibles pueden clasificarse como estables, aunque, por su­ puesto, se pueden hacer incendiar. Materiales Inestables. Los materiales inestab1es su pueden po­ limerizar, descomponer, condensar, 0 hacerse auto-reactivos cuando se exponen al aire, agua, calor, choque 0 presion. Por ejemplo, el acetileno gaseoso puro, la hidracina y eloxidode eti­ lena se pueden descomponer violentamente, causando explo­ siones .ctafiinas..

PRINCIPIOS DEL FUEGO Existe considerable conocimiento tecnico en relacion con las ca­ racteristicas de ignicion, combustion, y propagacion del incen­ dio en materiales combustibles (soJidos), liquidos y gaseosos. Sin embargo, la mayoria del conocimiento sobre combustibles solidos es por simples arreglos geometricos y es inadecuado para predecir laignicion y propagacion del fuego (llama) en si­ tuaciones realistas. No obstante, se puede ganar discernimiento al entender estas situaciones simples. Tal vez el proceso de combustion mas simple es la com­ bustion de gases combustibles premezclados con aire implicadas en explosiones. Las llamas de estas premezclas han sido objeto de muchas investigaciones experimentales. Se han catalogado los limites de inflamabilidad y velocidades de combustion para la mayoria de los gases y vapores comunes. 1 AllOra es posible ca1cular las velocidades de combustion para las mezclas mas

simples combustible-aire de hidrocarburos partiendo de las ve­ locidades de las reacciones intermedias (elementales) indivi­ duales. 4 Otros escenarios para los que pueden calcularse las veloci­ dades de combustion incluyen gotitas de combustible y peque­ nas muestras de ciertos plasticos. En dichas situaciones, la combustion ocurre en la fase de gas (llama de difusion) y la ve­ loci dad de combustion es controlada por la velocidad de gene­ racion del vapor de combustible. En contraste con las explosiones, los incendios suceden en situaciones en las que el vapor de combustible y el oxidante (aire) no esmn mezclados inicialrnente. Sus velocidades de com­ busfi6riestan Ifmitaaaspiincipalmenfepor'eT suriifnistro' de vapor de combustible y oxidante (aire) a las llamas y no por las velocidades de las reacciones quimicas elementales dentro de las llamas. En los incendios, el proceso basico de combustion en fase gaseosa generalmente ocurre junto con delgadas laminas de llamas (flujo laminar) (la llama de difusion) que separan las regiones ricas en vapor combustible de regiones ricas en oxi­ dante. El vapor combustible yel oxidante se difunden entre elIas desde lados opuestos de la lamina de la llama donde se combinan para generar los productos de combustion y calor, que a su vez se difunden lejos de la llama laminar. Cuando las llamas de difusion son pequenas, por ejemplo, las de un fosforo 0 vela, generalmente se venlisas y estables. Se llamaElllamas de difusion laminare.~. Si se deja crecer el incen­ dio (por ejemplo, propague sobre una superficie extensa), las . llamas se hacen inestables, mostrando un parpadeo caracteris­ tieo. Eventualrnente, se hacen turbulentas cuando el diametro del fuego excede los 300 a 500 mm. Los cientificos han adquirido un entendimiento relativa­ mente claro de los incendios pequenos con llamas de difusion la­ minares. Por ejemplo, pueden calcular la velocidad de propagacion de las llamas sobre superficies solidas,5 y las velo­ cidades de combustion estable 6 en terminos de las propiedades basicas de combustion para una variedad de fomas geometricas sencillas (ej .,superficies planas y lisas, cilindros, etc.). En estas condiciones, las velocidades de combustion estan controladas por transferencia de calorconvectiva dela llamaal combustible solido, el eual en respuesta, se gasifica y sumirtistra vapores combustibles a las llamas. El oxidante (aire)se alimenta a las llamas por.la.corriente ascendente inducida por e1 ascenso de los los productos de combustion calientes.Las corrientes ascen­ dentes puedentambien aumentar la transferencia de calor con­ vectiva de las llamas al combustible solido. En caso· de propagacion de las llamas, Sll velocidad de propagacion esta controlada por la transferencia directa de calor de las llamas al combustible que todavia no esm ardiendo, el cual debe preca­ lentarse antes de proveer vapores combustibles a las llamas. (Quintiere5 ofrece un analisis de la propagacion de las llamas.)

*La pirolisis de 1a madera es compleja e involucra dOB mecanismos dis­ tintos. A temperaturas bajas (c. 250-300°C), predomina la fonnacion de carbon y los vapores de combustible son principalmente CO2 y H 20, con bajo contenido de combustible. A temperaturas mayores, se fonna menos "carbon" y los vapores son de contenido combustible mayor. Los retar­ dantes de flama como fosfatos y boratos promueven el mecanismo de for­ macion de carbon, atrapando una proporcion sustancial del material combustible como "carbon", mientras libera vapor de baja inflamabilidad.

CAPjTULO 2 •

Los incendios mayores con llamas de difusi6n turbulentas son.menos .comprendidos por las dificultades para describir.:;1 movimiento turbulento los gases, y la radiacion de las llamas, que es generalmente la forma dominante de transferencia de calor en los incendios mayores (lechos de combustibles de dia­ metro mayores de 500 a 1000 mm). La experiencia y las medi­ ciones han delllostrado quela importancia de la radiaci6n de las llamas· en incen4ios mayores puede alterar los .grados de infla­ mabilidad rel!\tiva de los combustibles comparados con sus gra­ dos deinflamabilidad a pequefia escala. EI estudio de estos incendios mayores(peligrosos) ocupa un Pllesto destacado enlainvestigaci6n actual sobre incendios, DUrant.e-hi" decaihl"p'asada; se Iiand~smoliad;;'~u~~~s p~eb~ de laboratorio capaces de suministrar informacion sobre el com­ portamiento del incendio a escala real. 7 Ademas, ahora hay dis­ ponible un nUmero de diferentes programas computanzados que pueden modelar varios aspectos del desarrollo del incendio, desde la ignicion y propagaci6n de las llamas, hasta la implica­ cion total de la habitacion 0 rednto (flashover), propagacion a las habitaciones contiguas, y posiblemente tambien a otros edi­ ficios (ver por ejemplo el estudio de Cox 8), Sin embargo, estos programas deben considerarse todavia como herramientas para la investigaci6n. 8e requiere gran cuidado si se van a usar como herramientas de pronostico, aunque algunos se usan regular­ mente como ayudas de ingenieria en el proceso de disefio.

Ignicion y Combustion Para ilustrar los numerosos procesos flsiCos y quimicos involu­ crados en los incendios, es conveniente tratar primero sobre la ig­ nicion, combustion y extinciori eventual de una tabla de madera en condiciones tipicas, como por ejemplo en una chimenea. 9 I. 8upongamos que la tabla se calento inicialmente por radia­ cion termica. Cuando su temperatura de superficie se acerca al punto de ebullicion del agua, lentamente salen gases (prinCipalmente vapor) de la madera. Estes gases iru­ ciales tienen muy poco 0 ningiincontenido combustible. Cuando la temperatura de la tabla se incrementa porenCima del punto de ebullicion del agua, el proceso de "secado" pe­ netra mas profundamenteen la madera. 2. Con el calentamient() continuo, lasuperficiede lamadera empieza a decolorarse cuando la temperatura de la superfi­ cie sobrepasa 250"C, Esta decoloracion esevidenciade pi­ rolisis,la descomposicion qufmica delamateria por la acci6n del calor. Cuando la madera se piroliza, desprende gases combustibles' dejando un residuo negro, carbonoso llamado "carbon". Este proceso de pir6lisis penetra mas profundamente en el bloque de madera a medida que el ca­ lentamiento continua. 3. Tan pronto como comienza la pirolisis activa, empiezan a pro­ ducirse gases combustibles con rapidez suficiente para soste­ ner 'la combustion en fase gaseosa. Sin embargo, la combustion ocurre solamente si hay una llama piloto 0 al­ guna otra fuente de energia suficiente para incendiar los va­ pores. 8i no hay esta fente de energia iniciadora, la superficie de la madera debe calentarse a una temperatura mucho mas alta antes de que ocurra la combustion espontanea,

Quimica y f{sica del fuego

1-25

4. Una vez ocurre la ignici6n, una llama de difusi6n cubre ra­ pidamente la superficie en pirolisis. Cuando se haya esta­ blecido la llama de difusion, llegara muy poco oxigeno a la superficie en pirolisis. Mientras .tanto, la llama calienta la superficie combustible y causa un aumento en la velocidad de pirolisis .. 8i se retira la fuente original de calor radiante en el momento de la ignicion, la quema continuara siempre y cuando la tabla de madera sea 10 suficientemente delgada (menos de 19 mm, aunque esto depende cuanto tiempo se ha calentado la tabla). De locontrario, las llamas se apa­ garan porque la superficie esta perdiendo mucho calor al conducirlo hacia .e.interior. deJalabla.yporradiacionter­ mica hacia su entomo. Si una superficie paralela contigua de madera (0 material.aislante), esta frente a la tabla inc en­ diada, se devuelve parte de la radiacion superficial cuando la superficie contigua se caliente y empieza a irradiar a su vez. En estas circunstancias, la tabla incendiada puede se­ guir quemandose aim despues de retirar la fuente de calor iniciaL Esto explica porque uno no puede quemar un solo tronco grande madera en una chimenea, sino que debe usar varios troncos para capturar las perdidas de calor radiante. 5. A medida que continUa la quema, se acumula una capa de "ceniza ". Esta capa de "ceniza ", que es un buen aislante temlico, restringe el flujo de calor hacia el interior de 1a ma­ dera, y en consecuencia la velocidad de la pirolisis tiende a reducirse. La velocidad de lapirolisis tambien disminuira cuando se acabe el suministro de madera no pirolizada. Cuando disminuye .la velocidad de la pirolisis hasta el .punto de no poder sostener la combustion en fase gaseosa , el oxigeno se va a difundir en cantidades suficientes hacia la superficie de la "ceniza ", permitiendo que experimente c.ombustion incandescente directa (siempre y cuando las perdidas de calor radiante no sean demasiado grandes). 6. Este escenario presume un suministro grande (perc no ex­ cesivo) de aire (oxidante) para la combustiOn. Si no hu­ biese suficiente oxidante para quemar el vapor combustible presente, el exceso de vapores se desplazara con la co­ mente y posiblemente se quemara· donde eventualmente encuentren suficienteoxidante. Por ejemplo, esto sucede cuando emergen vapores combustibles y se queman fuera de la ventana de un cuarto totalmente.afectad0 por un in­ cendio pero no suficientemente ventilado. Generalmente, los incendios con ventilacion insuficiente producengrandes c.antidades de humo yproductos toxicos, dominados por monoxido de carbol'fo. 8i, por otro lado, se impone una corriente deaire sobre la superficie en pirolisis, el suministro de oxidante puede ser mayor que el requerido para la combustion completa de los vapores combustibles. En este caso, el oxidanteexcedente puede enfriar las llamas suficientemente para suprimir su reaccion quimica y extinguirlas, como sucede, por ejemplo, cuando uno sopla un fosforo. En el caso de incendios ma­ yores con suficiente suministro de vapores combustibles, imponerles una comente forzada simplemente aumenta su ve10cidad de combustion al aumentar la transferencia del calor de la llama a la superficie combustible, 10 que a su vez aumenta la velocidad de suministro de combustible.

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SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

7. Despues de la ignicion decierta porcion de nuestra tabla de madera, las llamas puedenpropagarse sobre ·el conjunto completo de combustibles. La propagacionde las llamas se puede considerar como una sucesi6n continua de igniciones mediante llama piloto donde las llamas mismas suminis­ tran la fuente de calor. Generalmente se observa que la pro­ pagaci6n hacia arriba de las llamas sobre una superficie verticales mucho mas rapida que la propagaci6n hacia abajo u herizontaL Esto se debe a que las llamas y los gases calientes se mueven hacia arriba y aportan sucalor a un area mas grande en direcci6n ascendente.Por 10 tanto, cada "ignicion ascendente" sucesiva afiade al incendio un area ··:eIlcoiribusfi6nma'yofcj'lle-arcoffesp()ndieilte-alacofubus­ tion "descendente" u "horizontal" . Generalmente, los materiales que se incendian facilmente (n'ipidamente) tambien propagan las llamas rapidamente. La combustibilidad .de un material esta control ada por su resisten­ cia al calentamiento (inercia temrica) y por el aumento de tem­ peratura requerido para que empiece a pirolizar. Los materiales con inercia termica baja, como las espumas ph'lsticas y madera de balsa, se calientan nipidamente cuando se someten a un £lujo temrico detemrinado. Estos materiales a menudo son faciles de encender y pueden causar unapropagaci6n muy [{tpida de lla­ mas. Por otra parte, materiales densos, como piezas de roble y ebano tienden a tener una inercia temrica relativamente alta y son difiviles de incendiar. La velocidad de combusti6n en los grandes incendios 0 los mas peligrosos, esta principalmente control ado por la transfe­ rencia de calor por radiaci6n de las llamas de la pirolizacion de 1a superficie del combustible9 . Estas llamas radiantes proviene principahnente de las particulas lurninosas de holHnde las lla­ mas. Los combustibles que tienden a producir cantidades co­ piosas de hollin 0 humo, como el poliestireno, tambien tienden a producir los incendios mas intensos, a pesar del hecho de que sus vapores combustibles se quem an menoscompletamente, como 10 demuestrasu producci6n mayor'de hurno. Los incendios bien ventilados generalmente producen menDs humo que los que tienen una ventilacion pobre. En los incendios bien ventiIados, el aire circ)lIldante puedeganar ac­ ceso rapido..a .los vapores combustibles sin quemar y el hollin antes de ,que los vaporescombustiblesse enmenporla radia­ cion. Los intendios con poca ventilacion pueden liberar gran­ des cantidades de hurno y productos de combustion incompleta, como el monoxido de carbono. En incendios con poca venti la­ cion, los vapores de combustibles no tienen aire suficiente para quemarse completarnente antes de enfriarse y abandonar el area del incendio. Los incendiosen atm6sferas enriquecidas con oxigeno pre­ sentan temperaturas de £lama mas altas, incremento en las frac­ cionesde liberacion de calor por radiacion, e incremento en las velocidades de combustion por unidad de area de combustible. Estas temperaturas de £lama mas altas generahnente causan.una conversion mayor de vapores combustibles en bollin, causando unas velocidades muchos mayores de liberaci6n de hurno. Por ejempl0, un incendio de metanol bien ventilado se quema tipi­ camente con una llama azul (ej., sin hollin) en el aire normal. Sin embargo, un incendio de metanol igualmente bien ventilado

puede arder con una llama humeante brillante en una atmosfera enriquecida con oKfgeno. Esta sensibilidad a la concentraci6n de oxfgeno en el ambiente aumenta significativarnente la radia­ cion de las llamas, velocidad de combustion, yel riesgo de in­ cendio resu:ltante.

Propiedades de Inflamabilidad de Com­ bustibles'S6lidos yCombustibles Liqui­ dos con un Punto de Combustion Alto. La distusion anterior puede ser ampliada identificando numero .deJaRJ.9re~4eJll~teriale$ .9J!!'l~()RiIl}P.9~te,.~J'mla_9gptri!>llciQIl ..

a los riesgos de incendios en incendios tipicos.

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Calor de la Combustion. El calor de la combustion es una me­ dida de la cantidad maxima de calor que puede liberar la com­ bustion completa de una unidad de masa de material combustible (unidades de medida kJ/kg). (Ver la secci6n sobre fuentes de energia temrica). Oxidante Estequiometrico. A la rnasa de oxidante requerida para completar la combustion de la unidad de masa de combusti­ ble se llama requerimiento de oxidante estequiometrico. La oxi­ dacion del propano procede de acuerdo ala siguiente ecuacion:

Esto significa que 44 g de propano (I mol) requieren 160 g de oxigeno (5 moles) para una reaccion que produzca 3 moles de di6xido de carbono y 4 moles de a.gua. 1;:sto tarnbien signi­ fica que I g de propano requiere 3,64 g de oxigeno. Si el oxi­ dante es entonces el requerimiento de oxidante estequiometrico sena (5/0,21) X (29/44) 15,7 g, donde 29 es el peso molecular promedio del aire. Los combustibles con re­ querimientos mayores de oxidante estequiometrico frecuente­ II:\entl? pr09w:;en Ihunas de gran altura, que a su vez pr:esentan mayor peligro de propagaci6n del incendio. Las demandas de oxidaIlte estequjometrico para combustibles tipicos (orgitnicos) son aproximadafuente proporcionales a su calo~ de combustion, de maDera que todos los combustibles organicos 1.iberan aproxi­ m~damente Ja,ITlisma.cantidad de calor por )lIliliad de masade oxida~te.consumido,.Asi encontramosque se liberan 13 kJ de energiapor cada gramo de oxigeno consumido en la cOmbustion de la mayorta de ios rnateriales , comunes. Este hecho es ia base para la medici6nde 1a liberaci6nde calor en el calorimetro de cono. (Esto se puede expresar tambien como 3 kJ/g de.aire, asu­ miendo que todo el oxigeno es consurnido.)

Calor de Gasificacion. AlIa cantidad de calor requerida para vaporizar una unidad de masa de material combustible que esta iniciahnente a temperatura ambiente se llama calor de gasifica­ ci6n. Esta cantidad es muy importante porque determina la can­ tidad de vapor combustible abastecido a un incendio en respuesta al calor proporcionado por la pirolisis de la superficie. El riesgo de incendio de algunos plasticos se puede reducir afia­ diendo rellenos inertes, como trihidrato de aluminio, que au­ menta sus ealores de gasificacion efectivos.

CAPiTULO 2 . Quimica y f[sica del fuego

Combustibilidad (Mediante Fuente de Ignicion).La com­ bustibilidad, 0 facilidad de ignicion, es inversamente proporcio­ nal aUiempo que se toma para un determinado flujo de calor aplicado en la superficie de un material para elevar sutempera­ tura hasta alcanzar su temperatura de combustion (punto de combustion). Esta propiedad es importante tanto para la igni­ cion como para la propagacion del fuego aunque su medicion es muy sensible al metodo de determinacion. Formacion de "Carbon". El "carbon" es un residuo negro, compuesto por carbono, que se forma durante la pir61isis de al­ gunosmaterialesorganieos, por-ejemplo,la madera, productos de madera, y algunos termophisticos. Las propiedades aislantes de la capa de "carbon" resultante, por ser aislante termico, puede causar la reduccion de velocidades de combustion al restringir el flujo de calor hacia el material no pirolizado que se encuen­ tra debajo de este. Cuando se exponen al calor, las pinturas in­ tumescentes copian ria formacion de capa de "carbon" al carbonizar al mismo tiempo que libera un "agente expansor", produciendo as! una capa de "carbonosa" de baja densidad y ex­ celentes propiedades aislantes termicas. Se debe notar que los polimeros. termoplasticos como el polipropileno, tienden a no carbonizarse, sino que mas bien se ablandan, fund en, y fluyen. Formaci6n de Hollin. El honin consiste en diminutas panicu­ las carbonosas que se forman como resultado de la combustion incompleta y lapirolisis en las regiones ricas en combustible de las llamas de difusi6n. Los combustibles cuyas llamas producen cantidades significativas de hollfn generalmente son mas peli­ grosos porque el hollin anmenta la radiacion de las llamas, 10 que a su vez, aumenta la velocidad de combusti6n. El hollin tambien es fuente de materia particulada en el hnmo producido por los incendios. (Se debe notar que el "humo" tambiencon­ tiene otros productos [gaseosos] del fuego que se diluyen pro­ gresivamente a medida que el humose propaga hasta puntos remotos del incendio.)

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(del cloruro de polivinilo) 0 acido cianhidrico (de la lana y el po­ liuretano), respectivamente (vea Ssecci6n 6 Capitulo I "Produc­ tos de la Combustion y Sus Efectos sobre laSeguridad Humana"). Forma Geometrica. Finalmente, la forma geometrica del ma­ terialinfluye .considerablemente en la inflamabilidad. En ter­ minos generales, los materiales delgados se incendian mas rapidamente y propagan las llamas mas rapidamente que los ma­ teriales gruesos. La propagacion hacia arriba de las llamas en mas rapida que la propagacion horizontaL En particular, las for­ mas geometncas que promueven la propagacion rapida, como ductos verticales en las estanterias altas de almacenamiento bien ventiladas (ej.,cuando hay bastante espacio) y proporcionan proteccion para reducir las perdidas de calor radiante y convec­ tivo, son generalmente las mas peligrosas.

Principios Generales Los principio;; de la ciencia de la ingenieria de proteccion con­ tra incendios se fundamenta en los siguientes principios: I. Un agente oxidante, un material combustible, y una fuente de ignicion son esenciales para la combustion. (Con excep­ cion de La combustion espontanea, que no requiere una fuente independiente de ignicion. La combustion esponta­ nea se discute en la seccion sobre calentamiento esponmneo en la pagina). 2. El material combustible debe calentarse hasta su tempera­ tura de ignicion mediante fuente de ignicion (de calor) antes de que pueda prenderse 0 sostener la propagacion de las llanms. 3. La quema subsecuente del material combustible esta gober­ nada por la retroalimentacion de calor de las llamas al com­ bustible en pirolisis 0 vaporizaci6n.

Retardantes de las Llamas. La adicion decantidades relativa­ mente pequefias de ciertos productos quimicos al combustible solido {) al oxidantepuede inhibirlas reacciones de la fasegase­ osa de la llama. Estos inhibidores pueden ser eficientes en retar­ dar la ignicion.y propagacion de las llamas. quedando asociados conpequefios incendios. Tambiense,puedeninhibir las llamas introduciendo aditivos a combustibles solidosque promuevan la formacion .de carbon y causan la formacion de vapores con menor contenido combustible (ver nota a pie de la pagina).

4. La combustion continuan'i hasta que suceda uno de los si­ guientes: a. Se haya consutnido el material combustible. b. La concentracion del agente oxidante disminuya por de­ b~jo .de la concentracion necesariapara sostener la com­ bustion. c. Se haya eliminado suficiente calor 0 prevenido que al­ cance al materilll combustible, evitando asi la pirolisis ulterior del combustible. d. Las llamas sean inhibidas quimicamente 0 enfriadas 10 suficiente para evitar reacciones posteriores.

Fusion. Los combustibles que tienden a derretirse son a menudo mas peligrosos que los que no se derriten. Esto se debe a que el material derretido puede fluir y, as! formar derrames, aumen· tando as! el area de la superficie pirolizante y la propagacion del fuego. EI material derretido, por sf mismo, puede ser un peligro.

Todo el material presentado en este manual para la preven­ ci6n, el control, 0 la extincion del fuego esta basado en estos principios.

Toxicidad. EI mon6xido de carbona generalmente es el princi­ pal toxon que produce el fuego. Esta presente en todos los gases del incendio e indica que no se ha completado la combustion. Los materiales que contienen otros elementos como el cloro y el ni­ trogeno pueden producir otros toxones como el acido clorhidrico

MEDICION DEL CALOR La temperatura del material es la condicion que determina si este va a transferir calor desde 0 hacia otros materiales. E1 calor siempre fluye de alta temperatura a baja temperatura. La tem­

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SECC!ON 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

peratura se mide en grados.

Unidades de la Temperatura Celsius. Un grado Celsius (0 centigrado) (0C) es 111 00 de 1a di­ ferencia entre 1a temperatura de fusion del hielo y la temperatura deebullicion del agua a una presion atmosferica de 1 atmosfera. Enla escala Celsius, cero (O°C) se define como punto de fusion del hielo, y IOOoe es el punto de ebullicion del agua a una pre­ sion de 760 mm de Hg. La unidad Celsius esta aprobada por el Sistema Intemacional de Medidas (SI). Kelvin~ Ungrado Kelvin (K) tienela misma medida que el grado Celsius pero el cero en la escala Kelvin es -273, 15°C (­ 459,67°F). El cero en la escala Kelvin es la temperatura mas baja que se puede obtener, (cuando la energiacinetica de la mo­ leculas es cero) yes conocida como "cero absoluto"; por 10 tanto la escala Kelvin nos proporciona las llarnadas temperatu­ ras absolutas. El Kelvin es una unidad aprobada por el 8I.

Fahrenheit. Un grado Fahrenheit eF) es 11180 de la diferencia entre la temperatura de fusion del hielo y la de ebullici6n del agua a presion atmosferica 1 atmosfera. En la escala Fahrenheit, el plmto de fusion del hielo (0 0C) se toma como por 10 tanto el punto de ebullicion del agua es 212°F (l00°C). Rankine. Un grado Rankine (OR) tiene la misma dimension del grade Fahrenheit, pero en la escala de Rankine, cero es --459,67°F (-273,15 DC). La escala de Rankine tambien da una temperatura absoluta en Sistema Ingles. Los grados Fahrenheit y Rankine no son unidades aproba­ das por el 81, y no se recomienda su uso.

Medici6n de Temperaturas Los instrumentos que miden la temperatura dependen de carn­ bios fisicos (expansion de un solido, liquido 0 gas),.cambio de estado (s61idoaUquido), cambio deenergia(carnbios en el po­ tencial de energia eJectrica, por ejemplo voltaje), 0 cambios en emision terrnica radiante y/o distribucion espectral. Los princi­ pios de operacion de los instrumentos mas comunes para medi­ cion de temperatura se describena continuacion: Termometros de Expansion 0 Dilatacion de Liquidos. Estos terrnometros consisten de un tubo parcialmente Ileno con un li­ quido. El tubomide la expansi6n y.contraccion delUquido por cambios de temperatura. El tuba esta calibrado para perrnitir la lecmra del nivel delliquido en grados de una escala de tempe­ raturas. El ejemplo mas comun es e] terrnometro de mercurio en vidrio. Termometros Bimetalicos. Los tenn6metros' bimetalicos con­ tienen tiras de dos metales laminadas juntas y cada metal tiene di­ ferente coeficientes de expansion. A medida que cambia la temperatura, los dos metales se expanden 0 contraen a diferente proporciones, haciendo que la tira se tuerza. cantidad de de­ flecci6n se mide en una escala calibrada en grados de temperatura.

Termopares. Los termopares consisten en un par de alambres de metales diferentes 0 aleaciones metalicas, unidos en un punto con soldadura para formar una bifurcacion. Por la diferente naturaleza de los dos metales, a traves de esta union se genera un voltaje (di­ ferenda de potellciak), cuya magnitud depende de la naturaleza de losmetales y de la temperatura. La magnitud es comparada con una union compensada a O°C, y la diferencia de voltajese calibra para dar la temperatura en grados. Pirometros. Los pirometros miden la intensidad de radiacion de un objeto caliente. Como la intensidad de radiacion depende deJatemperatura,Jo~pir6.JJle.tr.lJ.sJ'i~PJJJ::denJ;;l,llibr:arpam . d.
Unidades De Calor Joule (J). Convencionalmente, el Joule es dedinido como la energia (0 trabajo) que se produce cuando al aplicar la unidad de fuerza (1 Ne·wton) hace que se mueva un cuerpo por una unidad de distancia (1 m). EI Joule es la unidad deenergfa mas conve­ niente de usar y puede relacionarse a la caloria, que se define en t6rrninos de energia terrnica requerida para elevar la temperatura de la unidad de de agua en 1°C. El Joule es una unidad aprobada por el SI. Watt (W). El Watt esuna medida de potencia, 0 de velovidad de liberacion de energia. Un Watt es igual a 1 Joulepor segundo (1 W= 1 J/s). El velocidad de liberacion de calor de un incendio se puede expresar en unidades de kiolwatts (kW)o megawatts (M\V), unidades que son farniliares a los ingenieros electricistas. Caloria. La cantidad de calor necesaria para elevar la tempera­ tura de 1 g masa de agua a 1DC (medida a 15°C [59°FD se llarna caloria. Una caloria es igual a 4,183 J. Unidad Termica Inglesa (British Thermal Unit) (Btu). Es la cantidad de calor necesaria paraelevar la temperatura de 1 libra masade agua 1OF (medida a60oP[l5;5 DC]);UnBtuequivalea 1,054 J (252 calorias). Los BTUs ycaloriasno son unidades aprobadas 81. Laenergia t6rrnica tienecantidad, 10 mismo que potencial (intensidad). Consideremos por ejemplo la siguienteanalogfa. Dos tanques deagua uno allado del·otro. 8i el primer tanque contiene el doble de la cantidad de galones que elsegundo, en­ tonces el primer tanque puede contener dos veces la cantidad de agua que el segundo. Pero si el nivel del agua en los dos tanques es igual, entonces sus presiones opotenciales son iguales. Si se unen los dos tanques por un tuba a nivel inferior, el agua no se pasara de un tanque al otro porque ambos tienen la misma pre­ si6n de equilibrio. De igual manera, un cuerpo puede contener dos veces la cantidad de energia tenuica (medida en Joules 0 BTUs) que un segundo cuerpo. Sin embargo, si los potenciales o temperaturas de los cuerpos son iguales, no fluira energia ter­ mica de un cuerpo al otro si se ponen en contacto porque los cuerpos estan en equilibrio. Si se pusiera un tercer cuerpo a menor temperatura en contacto con el primer cuerpo, el calor fluira del primero al tercero hasta que las temperaturas de ambos

CAPiTULO 2 •

cuerpos se igualaran. La cantidad de energia que fluye hasta al­ canzar este equilibrio depende de las capacidades de retencion . de calor de cada cuerpo involucrado. (Se debe notar que, esencialmente, la ignicion involucra la adicion de calor suficiente [por transferencia de calor] para ele­ var la temperatura al valor adecuado. Por otro lado, se puede 10­ grar la extincion por eliminacion de calor. La extincion "quimica" funciona por otro mecanismo, por ejemplo, por inte­ rrupcion de las reacciones quimicas necesarias para el proceso de combustion.

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Calo r Especifico El calor especifico de una sustancia se define como la cantidad de calor que esta absorbe a medida que aumenta su temperatura. Se expresa en la cantidad de energia tennica necesaria para ele­ var la unidad de masa de una sustancia 1 grado de temperatura y se mide en J/kgCOc) 0 BtuIlb(OF). El agua tiene un calor es­ pecifico de 4200 J/kg(°C) (1 Btullb°F). (Nota: para simplificar, es pnictica comun usar la K de Kelvin en lugar de °e como sim­ bolo de los grad os al especificar las unidades de una cantidad tale como el calor especifico: esto se puede escribir J/kg·K.) Los calores especificos varian considerablemente, desde 460 Jlkg'K para el acero a 2400 J/kg'K para el roble. Los va­ lores de calor especifico son importantes en la proteccion con­ tra incenruos porque definen la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un material hasta el punto de peligro, 0 la cantidad de calor que debe eliminarse para enmar un solido incendiado hasta por debajo de su punto de combustion. Una razon para la efectividad del agua como agente extintor es que su calor especifico es mas elevado que el de la mayoria de las otras sustancias. (4200 J/kg·K).

Calor Latente Una sustancia absorbe calor cuando cambia de estado solido a Jiquido, 0 de Hquido a gaseoso. Esta energia termica se llama calor latente. Ala inversa, durante la conversion de un gas a li­ quido 0 de un liquido a solido se libera esa energia. EI calor latente es la cantidad de calor absorbido por una sustancia cuando pasa de la fase Hquida y gaseosa (calor latente de vllporizacion), 0 entre la fase solida y liquida(calor latente de fusion). Semide en Joules por unidad de masa (J/kg). EI calor latente de la fusion de agua (a presion atmosferica normal) en el punto de congelacion 0 punto de fusion del hielo (O°C) es 333,4 kJ/kg; el calor latente de la vaporizacion del agua en su punto de ebullicion (100°C) es 2257 kJ/kg (970,3 Btullb). EI gran calor de vaporizacion del agua es otra razon de la efectividad del agua como agente extintor. Estarequiere 3 MJ (mill ones de Jou­ les) para convertir I kg de hielo a ooe en vapor a 100oe. Los calores latentes de la mayo ria de las otms sustancias comunes son sustanciaImente menores que el del agua. Por 10 tanto, el calor absorbido por el agua que se eva.pora de.1a superficie de U11 solido incendiado es un factor importante enla reduccion de su temperatura y en consecuencia ]a reduccion de 1a velocidad de pirolisis y evitarla propagacion de las llamas a las superficies calientes contiguas.

Qufmica y fisica del fuego

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TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor gobiema todos los aspectos de un in· cendio, desde la ignicion hasta la extincion final. El calor es transmitido por uno 0 mas de tres mecanismos: (1) conduccion, (2) convecci6n, 0 (3) radiacion.

Conducci6n La transferencia de calor a traves de un solido (ej., desde una su­ perficie caliente al interior del solido) es el proeeso llamado con­ duccion. Lavelocidad a la cual setransfiere el calor (energia) por conduccion a traves un cuerpo es funcion de la diferencia de temperaturas y la conductancia de la trayectoria involucrada. La conductancia depende de la conductividad termica,del area de la seccion transversal normal a la trayectoria de conducci6n y de la longitud de la trayectoria. La velocidadde transferencia de calor es sencillamente la cantidad de calor transferida por unidad de tiempo mientras que el "flujo" de calor (designado normalmente con el simbolo q ") es la cantidad de calor trans fe­ rido por unidad tiempo por unidad de secci6n transversal (el punto sobre la q especifica por unidad de tiempo y las comillas indican por unidad de area de superficie).

donde /:;T diferencia de temperaturas L = longitlld de trayectoria k conductividad tennica del material (el flujo termico re­ sultante de un gradiente de temperatura [disminucion de I grade por unidad de distanciaDLas unidades de con­ ductividad termica son J/(m's°C), es decir, W/m·K. La conduccionde calor a traves del aire U otros gases es in­ dependiente de la presion dentro de un range normal de presion. Esta solamente se acerca a cero a presiones muy bajas. En un vado perfeCto no hay conduccion de calor. Los solidos son mucho mejores conductores del calor que los gases. Los mejo­ res aislantes comercicles consisten en particulas finas 0 fibras con espacios entre eJlas que atrapan aire (ej., aislamiento de fibra de vidrio). La conduccion del caJor no puede detcnerse completamente con ninglil1 material aislante. Por 10 tanto, el flujo del calor no es como el flujo del agua, que puede detenerse con una barrera solida. Los materiales de aislamiento al calor tienen bajas con­ ductividades termicas, pero sin importar el espesor del aisla­ miento entre la fuente de calor y el material combustible, todavfa puede ser insuficiente para evitar la ignicion. Si la velocidad de conduccion de calor a traves del material aislante es mayor que la velocidad de disipacion del material combustible, la tempera­ tura deeste ultimo puede aumentar hasta el punto de ignicion. Por esta razon, siempre deberia haber un espacio de aire u otro medio por el cual se pueda llevar el calor por conveccion, en Iugar de apoyarse solamente en los materiales aislantes para pro­ teccion.

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SEGCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

Para la conducci6n del calor, laspropiedades fisicas mas importantes de un material son la conductividad termica (k), densidad (p) y calor especifico(C). Las dos ultimas cantidades son generalmente listadas en forma separada, aungue es supro­ ducto (pC) 10 que interesa. El producto pC es una medida de la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la uni­ dad de unidad del material en 10 K. Las unidades sma J/m3 X (Joules entre metro cubico par grado [Kelvin]) y podria ser de­ nominada capacidad termica por unidad de volumen. La conductividadtermica y la capacidad termica por unidad de volumen en raras ocasiones son de irnportancia en forma in­ dividual. La soluci6n de problemas de cunducci6n de calor es ID1.W coilipleJaYho sepueaepresentaradeclia
J/(m·s·K)

Los metros (m), Joules (J), y grados Kelvin (K) se anulan, de­ j ando el resultado de la dimensi6n en segundos, es decir, tiempo. Este es un tiempo constante, por 10 tanto, a mayor valor, mas lenta la transferencia. Se puede ver que el tiempo requerido para que una onda t6rmica penetre un cuerpo aumenta con re1aci6n al cuadrado de su espesor. Esta expresi6n contiene la cantidad di­ fusibilidad termica, klpC, que ocurre en muchas ecuaciones de transferencia de calor dependientes del tiempo. Otra cantidad importante es la inercia termica, kpC. Esta cantidad determina la rapidez con que aumeiitala tempenituia de rilla-slipefficie al exponerse a un flujo de calor (convecci6n 0 radiacion, ver dis­ eusi6n abajo). Esto particularmente importante enIa ignici6n de combustibles solidos. Los matcriales con mercia terrnica baja, 9omo la espuma de ~Jliureta~o~. se. pueden~n.celldiai,w~Y facil­ mente en comparaclOn con solldos como la madera 0 PMMi\.. Esto se muestra c1aramente en hi 1.2.2 doncle se grafica la temperatura de superficie de s6lidos muyespesos ("semi-in­ finito") de difcrentes materiales expuestos a la transferencia convectiva de calor en relacion al tiempo. Quimicamente, el roble y la tabla de aislanliento de fibni. (FIB) son muy similares, pcro la inerciatennica del roble es casi 40 veces mayor que la de la por 10 tanto la superficie de la FIB se calienta mucho rapidamente que la superficie de una muestra de roble.

Convecci6n La convecci6n implica la trasferencia de calor por un fluido cir­ culante (sea gas 0 liquido). En consecuencia, el calor generado en una estufa es distribuido por una habitaci6n al calentar el aire en contacto con la estufa (por conducci6n a traves de una capa estacionaria denominada pelfcula en contacto con la estufa). El

1.0

r-----------------,

PUF 950

~I~ I

I

I

~I~ II

0.5

Roble 780 x 103

8

J?: 0'

Acero 1.6 x 108

o

5

10

llempo (min)

FIGURA 1.2.2 Efecto de la Inercia Termica (kpC) sobre la velocidad de aumento de temperatura en la superficie de un s6lido "semi-infinito". Las cifras son valores de kpC en unidades Ws/m4K2. Ver el capitulo sobre , "Transferencia de Calor" de ';t\n Introduction to Fire Dynamics". 10 FIB = tablero de aislamiento de fibra; PUF = espumade poliuretano

aire caliente con menor densidad sube , estableciendo corrientes de conveccion que transfieren el calor a objetos distantes en la habitacion. El calor es transferido del aire a estos objetos dis­ tantes de nuevo por conducci6n a traves de la capa estacionaria o peIicula. Se puede hacer que las comentes de aire transporten el calor por convecci6n en cualquicr direccion usando un venti­ lador 0 soplador. Se bebe notar que el termino transferencia convectiva de calor generalmente se usa para describir el modo de transferen­ cia de calor entre uri fluido y una superficie s6lida. El coefi­ ciente correspondiente a la transferencia convectiva de calor (h) se define con la expresi6n

donde if es la velocidad detransierencia-de calor por lifJidad de area de superficie (W/m2), y ~Tesla diferencia de temperaturas (K) entre el fluido y la superficie.

Radiaci6n

,

La radiacion es una forma de energia que viaja a traves del es­ pacio sin necesidad de un medio;como solido y fluido. Esta viaja como ondas electromagneticas, similares a la luz, ondas de radio, y rayos X. En un vado todas las ondas electromagne­ ticas viajan a la velocidad de la luz (3 x 1OlD mls). Si estas ondas se dirigen sobre 1a sllperficie de un cuerpo, pueden ser absorbi­ das, reflejadas y/o transmitidas. La luz visible consiste en lon­ gitudes de onda .:mtre 0,4 x 10.6 a 0,7 x 10.6 m,que corresponden al azul y el rojo del espectro visible. La radiaci6n termica (emi­ si6n) de los procesos de combusti6n ocurre principalmente en la region infrarroja (longitudes de onda mayores que la longitud de

CAPiTULO 2 •

onda del rojo). Nuestros ojos vensolamente una diminuta frac­ cion de fa radiaeion total que es emitida dentro de 10 que se de­ nomina regi6n visible. La diferencia entre radiaci6n y convecci6n puede ilustrarse remitiendose a la llama de una vela. El aire que se requiere para la combusti6n de los vapores combustibles es succionado de la atm6sfera circundante por la llama en un proceso conocido como arrastre. Los gases calientes se e1evan verticalmente como una columna que trasporta con ella la mayor parte del calor (7{)%-90%) liberado enel proceso de combustion, dependiendo del combustible. La llama pierde el resto del calor pormdiacion. Esto se puede detectar 8i se co loca una mano cerca. allado de la llama. La sensaci6n de "Calef e8 causada porlatransferencia de calor radiante, es declr la radiaci6n. Si, en lugar de eso, se co­ loca la mana porencima de la llama, se sentin'i mucho mas calor. Gran medida del calor radiado de una nama de difusion surge de particulas diminutas de hollin (particulas s6lidas car­ bonosas) formadas en la seriecompleja de reaceiones que ocu­ rren dentro de la llama. lI Estas particulas son la fuentede la luminosidad amarilla caracterfstica: estan radiando sobre un amplio range de longitudes de onda, principalmente en infra­ rrojo, y nosotros vemos solamente la parte de la emisi6n que esrn en la regi6n visible «0,7 ).1m). Tambien llega alguna radia­ ci6n de los productos gaseosos de combustion HOy CO Estos gases emiten radiacion dentro de angostas band:s de lon~itud de ond~ en la parte infrarroja del espectro de manera que los com­ bustIbles quenoproducen hollin (como el alcohol metilico y el polioximetileno) tienen llamas no luminosas. Como guia gene­ ral, en estos casos la llama pierde menos de 10 por ciento del calor de la combusti6n por radiaci6n. Sin embargo, incendios mayores que involucran combusti­ bles "comunes"pueden liberar 30 a 50 por ciento de la cantidad total de energia como radiacion, exponiendo las superficies cer­ canas a altos niveles de transferencia de calor por radiaci6n. La r~diaci6n viaja en linea recta. Sena de esperar que el calor reci­ bldo de una fuente de area pequefia sena menor que el calor re­ cibido de una superficie de radiaci6n grande, siempre y cuando las fuentesestuvierana.distancias comparablesy estuviesen emi­ tiendo energias comparables por area de unidad (Figura 1.2:3). La radiacion termica pas a libremente a traves de gases que esten constitufdos por moleculas diat6micas simetricas"como,el ox.lg~no (02) y ~l nitrogeno (N2) (que son los constituyentes pnnclpales del alre),pero es absorbida en bandas de 10ngitud de onda estrechas por elvapor de;agua{H20),dioxido de carbono (C02) y otras moleculas asimetricas como el monoxido de car­ bono (CO) y di6xido de azufre (S02)' Aunque sus concentra­ ciones son bajas, la presencia de dioxido de carbono y vaporde aguaen la atmosfera normal impide que la radiacion en band as estr~chascercana a de 2,8 !lm (micr6metros) y 4,4 /lm (en es­ pecIal) llegue a la superficie de la tierra. Este hecho se aprovecha para el desarrollo de detectores de llamas infrarrojas, algunos de los cuales estan disefiados para ser ciegos a la radiaci6n solar reaccionando solamente a 2,8 0 4,4/lm. Estas longitudes de onda son fuertemente emitidas por moh'iculas de agua y di6xido de carbono en las llamas. Basados en el mismo principio, el vapor de agua y el dioxido de carbono en la atmosfera son responsables de la absorci6n de cantidades apreciables de radiaci6n termica emitida por los grandes incen-

FIGU~~

Quimica y fisica del fuego

-

I~~

1-31

____I H

1.2.3 Comp~ra?i6n de absorcion de calor por superficies de area Similar desde una fuente minuscula (izquierda) y de una gran superficie radiante (derecha)

dios: este efecto se puede apreciar solamente a distancias signi­ ficativas de los incendios. Esta absorcion ayuda a explicar por que los incendios forestales ograndes incendios LNG son (rela­ tivamente) menos peligrosos en dias de humedad alta. Tambien. como las gotitas de agua absorben casi toda la radiacion infra~ rroja del incendio, las nieblas 0 rocios de agua son atenuantes eficaces de la radiaci6n. Esta propiedad la usan los bomberos para su protecei6n. (Debe mencionarse que las particulas de humo suspendidas absorben selectivamente la radiaei6n ter­ mica, pero transmiten una proporcion suficiente para permitir que las camaras infrarrojas "vean" losobjetos calientes a traves del hurno.) Cuando doscuerpos esrnn frente a frente y un cuerpo es mas caliente que el otro, se originara un flujo neto de energia ra­ diante desde el cuerpo mas caliente al mas frio hasta que se al­ cance el equilibrio termico. La capacidad del cuerpo mas frio de absorber el calor radiante depende de la naturaleza de la super­ fieie. Si la superfieie receptora es brillante 0 esrn pulida, refle­ jara la mayor parte del calor radiante lejos de 51, rnientras que si es negra 0 de color oscuro, es mas probable que absorba la mayor parte del calor. La absorbancia de la superficie es simplemente la fraccion del calor radiante del incendio que es absorbida por ella. Una su­ perficie con absorbencia de 1,0 (e1 valor maximo) se denomina superjicie negra. La mayona de los materiales no metalicos son efectivamente "negros" para la radiacion infrarroja, a pesar del hecho de qu~ pueden parecer elaros 0 coloreados a simple vista (ej., radiaci6n visible). Algunas sustancias, como el aguapura y el vidrio, son transpare)ltes a la radiacion visible y la dejan pasar a traves deellas con una absorcion minima' sin embargo tanto el agua liquida como el vidrio son opacas p~ra la mayori~ de las longitudes de ondas del infrarrojo. Los invemaderos de vidrio y paneles solares funcionan por el principio de ser trans­ parentes a la radiacion visible del sol siendo al mismo tiempo opacos a la radiaci6n infrarroja que trata de escapar del inver­ nadero 0 panel solar. Los materiales metalicos brillantes son excelentes reflecto­ res de energia radiante ytienen absorbancias bajas (tal vez hasta 0,1). Por ejcmplo, el papel de aluminio se usa con frecuencia junto con la fibra de vidrio para aislamientos en la construcci6n. Se utilizan mucho las laminas metalicas detras de las estufas 0 sobre paredes expuestas al calor. La ley de Stefan-Boltzmann establece que la radiaci6n emi­

1-32

SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

tida por unidad de area desde una superficie caliente es prop or­ cional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. La ley expresarse con la fonnula

donde,

(l = a

emisi6n radiante por unidad de superficie

ernisividad de 1a superficie (que es 1,0 para un cuerpo o superficie negra) 1a constante Stefan-Boltzmann (igual a 56,7 x 1O- l2

T

1a temperatura absoluta expresad en Kelvin

I':

Debe notarse que los valores numericos de emisividad y absor­ bancia de una superficie son iguales. Para apreciar 1a importancia de la dependencia en la cuarta potencia, consideremos la siguiente situaci6n. Ejemplo: Se disefia un calentador para funcionar de forma se­ gura con una temperatura de superficie extema de 260°C. l,CuaI es el incremento en radiacion si la temperatura de la superficie extema se deja aumentar en looec a 360°C, y en 240°C hasta un maximo de 500D C? Solucion: Primero es necesario convertir las temperaturas de grados Celsius a grados Kelvin sumando 273: as! 260 a C son 533 K, 360°C son 633 K Y 500a C son 773 K Despues, si asumim08 que la superficie es negra(ecr= 1,0), 1a emision radiante por area de superficie de la superficie externa (su "poder emisor") para operaci6n segura a 260°C es

q=

1,0 x 56,7 x I 0- 12 X (533)4 = 4,6 kW/m2

Los poderes emisores correspondientes a las temperaturas mas altas son q=£01'" 1,0x XlO- 12 x(633)4=9,lkW/m2

q=

wT = 1,0 x 56,7 X 10-12 X (773)4= 20,2 kW/m2

de la distancia que las separa_ Si una estufa es pequefia en com­ paracion con su distancia de los objetos cercanos, entonces se comporta coma una fuente puntual; doblando su distancia de se­ paracion se disminuira el calor radiante del incendio (por unidad de superficie) en un factor de 4. Sin embargo, si el objeto esta cerca de la estufa, la estufa parecera una gran superficie, y los pe­ quefios cambios en la separacion tencIran solamente un pequefio efecto sobre 1a intensidad de radiacion que recibe la superficie del objeto (ej., una estufa grande situada a unos pocos centime­ trog de una pared combustible; ver En este caso, se debe proteger la pared con medios como una placa incom­ bustible cubierta con material reflectante (baja absobancia). ·'-Genefa1fuente;-lenemos~bueficQiioGiih1ent6de·1a.·tta:nsfe:: . rencia de calor radiante entre superficies s6lidas. 12 Tambien es

posible realizar caleulos confiables del calor radiante .absorbido

o emitido por gases deeomposicion y temperatura conocidas. Sin embargo, es mas dificil calcular la cantidad de calor irra­ diado por las llamas. Esto es porque la mayor parte esemitida por partfculas de hollin en las llamas, cuya concentracion es di­ fici! de medir y aun mas dificil predecir. Ademas, esta falta de datos impide el calculo exacto de la velocidad de combustion en un incendio. Hay, sin embargo una regIa practica: la produccion total de radiacion de las llamas del incendio de un lecho de com­ bustible de diametro mayor que aproximadamente 0,3 a 0,5 m es generalmente de 30 a 40 por ciento de la produccion maxima de calor, asumiendo que hay combustion completa. 9 Una cantidad comparable de energia se liberapor conveccion, con la parte res­ tante asignable por lacombusti6n incompleta (monoxido de car­ bono, hollin, etc.).

FUENTES DE ENERGIA 0 FUENTES

DEIGNICION

Debido a que la prevencion y extinci6n de incendios dependen del control del calor, es importante fami1iarizarse con las formas mas comunes de produccion de energia. Hay cuatto fuentes de energia calorifica: (1) quimica, (2) electrica, (3) mecanica y (4) nuclear.

Energia Quimica Entonces, se puede apreciar que, al aumentar la temperatura de 1aestufa en lOO°C, elpoder emisor casi se dup1ica de 4,6 a 9,1 kW/m2 . Si 1a cantidad de calor radiado fuese solamente fun­ cion de la primera potencia de la temperatura absoluta .entonces se aumentaria solo aproximadamente 20 por ciento si se au­ mentara la temperatura absoluta de 533 a 633 K. Finalmente, si si se fuera 10 suficiente descuidado de permitir que la estufa He­ gara a 500 e C, esta emitiria 20 kW/m2 lo que es 8uficientemente alto para producir la iguicion de muchos muebles caseros tipi­ cos que estuviesen cerca de la estufa. Como las estufas residenciales de carbon 0 madera pueden, eventualmente, sufrir un "eseape" de temperatura si se les sumi­ nistra demasiado aire, es importante mantener todos los muebles cercanos bien retirados de la estufa para asegurarse de que la transferencia radiante maxima que reciben se mantenga a nive­ les seguros. La energia radiante transmitida de una fuente pun­ tual a una superfieie receptora variainversamente del cuadrado

1--·································

------~-------

--

------~ .......................

Las reacciones de oxidacion producen calor. Ellas son la fuente de calor de interes primordial para los ingenieros de proteccion contra incendios. ; Calor de Combustion. El calor de combustion es la cantidad de calor liberado durante la oxidacion completa de la unidad de masa de una sustancia combustible a productos estables (dio­ xido de carbono y agua en el caso de los combustibles mas co­ munes). El calor de la combustion tambien se conoce como valor caiorifico 0 combustible y depende de los tipos y cantida­ des de ,l.tomos 10 mismo que a su distribucion en la mo1ecula. Los valores calOlificos se expresan comUmnente en Joules por gramo (Jig) pero a veces se presentan en calorias por gramo 0 Btullb (1 Btullb Jig; Y 1 cal/g = 4,18 Jig). En el caso de gases combustibles, los valores calorific{)s se representan gene­ ralmente en MJ/m3 0 Btulpie3. Los valores calorificos se usan

~----------- --~ ...- ........ ----------~

- - - ........................

-~

CAPiTULO 2 •

para calcular la carga de fuego, pero no necesariamenteindica riesgo relativo de incendio porque el riesgo de incendio depende de la velocidad de liberacion de calor en un incendio (velocidad de combustion), que se determina mas bien por la distribucion del combustible que por la cantidad total de calor disponible (potencialmente). En casi tOO08 los incendios accidentales, no se libera todo el calor porque el proceso de combustion es incompleto y sola­ mente ocurre la oxidacion parcial de algunas especies. En todos los compuestos de carbono e hidrogeno, a de carbona, hidr6­ geno y oxigeno (esto incluye sustancias de origen vegetal y del petr01eQ),.el..calor emitido· duranteia-eombusti6n;'yaseacom~' pleta 0 parcial, depende'de la cantidad de oxigeno consumido. Para estas sustancias comunes (ej., madera, carbon, gas natural, plasticos comunes, aceites,algodon, azticar y aceites vegetales y minerales), el calor liberado corresponde aproximadamente a 3 kllg del aire consumido (0 alternativamente 13 kl/g de oxi­ geno consumido). Calentamiento Espontaneo. EI calentamiento esponMneo es e1 proceso donde un material aumenta de temperatura sin ex­ traer calor de su entomo. EI calentamiento espontaneo se aso­ cia norrnalmente con grandes acumulaciones de materiales porosos que forman "residuos carbonosos" tales como el carb6n y el aserrin de madera a temperaturas ambientes, pero los acei­ tes reactivos absorbidos por materiales porosos tambien pres en­ tan peligro (ej., trap os impregnados de aceite de linaza). El calentamiento espontaneo tambien ocurre si un material se al­ macena caliente (ej., tablas calientes de aislamiento de fibra api­ ladas directamente de la linea de produccion, 0 ropa de cama de hospitales sacada de unsecador industrial y guardada en gran­ des barriles 0 cajones sin dejarla enfriar previamente). El ca­ lentamiento espontaneo ocurre debido a que todas las sustancias organicas, capaces de combinarse con el oxigeno, producen calor cuando se oxidan. A tempemtura ambiente, la velocidad de reacci6n del oxfgeno en la superficie es tan baja que no se percibe y no se detecta el aumento de temperatura porque el calor producido se pierde inmediatamente en el ambiertte (ej., la descomposici6n delcaucho e's exotermica pero puede demorarse muchos afios antes de hacerse evidente). Sin embargo, si el calor no puede escapar .(porejemplo,enelcentro de una gran pita de carb6n), la temperatura se elevara y hara que aumente la velocidad de la reaccion quimica. Como regIa practica, la velo­ cidad de reacci6n se duplica por cada 10°C de aumento de tem­ peratura. 8i las condiciones son adecuadas, se presenta un proceso de atrapamiento termico y la temperatura dentro de la masa dernateriaI aumenta, incontrolada, hasta elestableci­ miento de la combustion sin llama, en forma de brasas. (Nor­ malmente las llamas no se producen hasta que la combusti6n en brasas se ha propagado hasta la superficie de la pila.) El factor clave es que se esM produciendo calor a una velo­ cidad mayor que la que se puede liberar al entomo. El riesgo se puede reducir considerablernente 0 aim elirninarse asegurandose de que la acumulaci6n (pila) de material pueda perder calor ra­ pidamente. Manteniendo la mayor proporcion posible entre area de la superficie con relacion al volumen permite que el material pierda calor nipidamente porque es a traves de la superficie que se libera el calor. En consecuencia, muchas pilas pequefias son

Qufmica y fisica del fuego

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mas seguras que una pita grande. Es mas segura almacenar 1000 m3 de carb6n en 10 pilas sepamdas cada una de 100 m3 que en una sola pila de 1000 m3• (TDmar nota que algunos materia­ les reaccionan tan rapidamente con el aire aun a temperaturas normales que la combustion espont
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SECCION 1 •

Principios deffuego y ciencia de/fuego

cuando comienza la descomposici6n, como es el caso del ca­ lentamiento de la sustancia por encima de la temperatura critica, la descomposicion continua con liberacion de calor. El acetileno y el nitrato de celulosa son bien conocidos por su tendencia a descomponene, con la liberaci6n de cantidades peligrosas de calor. La acei6n quimica responsable de este efecto en muchos explosiv~s comerciales y militares (los llamados altos explosi­ vos) es la rapida descomposicion de un compuesto inestable. La mayoria de estos compuestos pueden estan constitufdos por mo­ leculas en las que el combustible y e1 oxidante se encuentra pre­ gentes en diehas moleculas. Un ejemplo es el trinitrotolueno ~D]'lTl,9.u~_ e:su!la.Ill()l~cuIC! subs!itlJida de!01~enoJG7I:Is), tres de los ~itomos de hidr6genohan sidoreemplazados.por grupos nitratos (N03)' los cuales son oxidantes poderosos. Calentamiento de Disolueion. El calor de disolucion es el calor que se desprende cuando una sustancia se disuelve en un liquido. La mayoria de materiales generan calor cuando se disuelven, aunque la cantidad de calor generaImente no es suficiente para tener ningUn efecto significativo en la proteccion contra incen­ dios. En el caso de muchos productos quimicos, por ejemplo, el acido sulfUrico concentrado, el calor liberado puede ser sufi­ ciente para que sea peligroso. Los productos qU1micos que re­ accionan con el agua de esta manera no son combustibles por S1 solos, pero e1 calor liberado puede ser suficiente para incendiar materiales combustibles cercanos. Al contrario de la mayoria de materiales, el nitrato de amo­ nio absorbe el calor cuando se disuelve en agua. (Se dice que tiene un calor dedisolucion negativo). Algunos productos de primeros auxilios, para usar cuando se recomienda el frio, con­ sisten de nitrato de amonio en paquetes impermeables. Estos pa­ quetes se enfrian cuando se les agrega agua. Calor de Reaccion. Es apropiado mencionar otras reacciones en las cuales el calor generado es capaz de iniciar la combustion. Un ejemplo es la reacci6n del metal alcalino potasio (K) con el agua. Se produce hidr6geno y se incendiara espontaneamente al mezc1a:r con el aire pqrqlle la temperatnra .es muyalta. Ellitio yelsodiotambienreaccionan conel agua~(verla Tabla 2.3.1), pero el hidr6geno no Uega a incendiarse. Por otra parte, el cesio (Cs) y el·francio (Fr) reaccionanmucho:mas vigorosamente con el agua queel potasio.

Energia Electrica Cuando una corriente fluye a traves de un conductor, los elec­ trones efectivamente estin pasando de atomo a atomo dentro del conductor. Los mejores conductores, como el cobre y la plata, tienen los electrones exteriores que se remueven mas facilmente, de manera que la diferencia de potencial 0 voltaje requerido para establecer 0 mantener cualquier unidad de corriente eh!ctrica (0 flujo de electrones) a traves del conductor es menor que en las sustancias compuestas de electrones ligados con mayor fuerza 0 en mayor nUmero. La resistencia electrica de cualquier sustan­ cia depende de sus caracteristicas at6micas (0 moleculares); la resistencia electrica es proporcional a la energia necesaria para mover una cantidad de unidades de electrones. a traves de la sus­ tancia contra las fuerzas de captura y colisi6n del electron. Este consumo de energia aparece en forma de calor.

Calentamiento por Resistencia Electrica. El calentamiento por resistencia electrica se caracteriza por que la velocidad de generacion de calor es proporcional a la resistencia y al cua­ drado de la intensidad de la corriente. Como la temperatura del conductor, resuItante del calentamiento por resistencia, depende de la velocidad de perdida de calor al entomo, los alambres des­ nudos pueden llevar mas corriente que los aislados, sin calen­ tarse peligrosamente, y los alambressencillos pueden llevar mas corriente que los agrupados estrechamente, 0 que los alambres empacados dentro de un cable de area de corte transversal equi­ valente. Siempre y cuando la intensidad de la no exceda dema­ siado su capacidad, es muy poco probable que el calentamiento porresiste~cia de rect0sdec~abfe:Causeprobfemas. diferente el problema si el cable es usado estando estrechamente enrollado formando una bobina sobre un carrete ya que el calor se acumulara dentro de la bobina. El calentamiento por res is­ ten cia electrica ocurrira mas probablemente en lugaTes dondela resistencia es alta, especiahnente en conexi ones electricas defi­ cientes. Este escenario es mas probable como fuente de ignici6n que algUn otro lugar de un circuito electrico. El calor generado por las Uimparas incandescentes e infra­ rrojas se debe al calentamiento de resistencia de los filamentos en las lamparas, focos 0 bombillas. Se usa material con un punto de fusion muy alto para los filamentos "incandescentes" 0 ca­ lentados al blanco de las lamparas incandescentes. La destmc­ cion del filamento pOI oxidacion se evita con el vado parcial de 1a lampara y por la eliminacion del oxfgeno. Los filamentos de las lamparas infrarrojas funcionan a una temperatura mucho mas baja (como calor "rojo"); los reflectores de lamparas infrarro­ jos mas eficientes son de oro porque el oro es uno de los mejo­ res reflectores de la radiaci6n infrarroja.

tramos

Calentamiento Dielectrico. Cuando un conductor electrico deficiente se somete a un gradiente de potencial electrico altemo de una fuente extema, se produce calor dentro del material como resultado del movimiento de los electrones. El calentamiento es uniforme y el metodo se -usa para secar madera y curar la sus­ tancia.adhesiva utilizada para aglomerar las hojas de madera la­ minada. En general, 5e requieren frecuencias.ffiuy altas. . Calentamiento por Induccion. Siempre que un conductor se somete a la influencia de un campo magnetico altemo ofluc­ tuante, 0 cuando un conductor estaen movimiento a traves de las lineas de fuerza de un campo magnetico, se desarrollan diferen­ cias de potenciales en el conductor. Estas diferencias de poten­ ciales producen un flujo el6ctronico 0 corriente electrica, con calentamiento por resistencia existente en el conductor. En po­ se con­ tenciales que cambian rapidamente 0 alternos, la sume y aparece como energia calorifica. Este tipo de calentamiento aumenta con la frecuencia del <:ampo altemo. Los alimentos en un homo microondas, por ejemplo, se calien­ tan por la fricci6n molecular inducida al absorber la energia de las microondas. Haciendo pasaruna corriente altema de alta fre­ euencia por una bobina que rodea el material a calentarse se crea una forma util de calentamiento por induccion. Una corriente altema que pasa por un alambre puede indu­ cir una corriente en otro alambre paralelo a este. Si el alambre en e1 cual se induce la corriente no tiene capacidad adecuada

CAPITULO 2 •

para transportar la intesidad de 1a comente inducida, se produce el ca1entamiento por resistencia. En este ejemp10, el calenta­ miento se debe principalmente a la resistencia al flujo, y sola­ mente en pequeno grade a la fricci6n molecular. Calentamiento por Fuga.deCorriente Elt~ctrica. Como todos los materiales aislantes disponibles son aisladores imperfectos, siempre hay alg6.n flujo de corriente cuando el aislante se somete a voltajes substancialmente elevados. Este flujo se conoce co­ mUnmentecomo una corrientede fuga ygeneralmente no es irn­ portante desde .el puntode vista deproduccion de calor. Sin embargo) si.elmateriala"islal,ltellO es actecuarlo para el se:r:v:icio, o elmaterial~es demasiado deIgado (por razones de economia, para economizar espacio, 0 para tratar de obtener la capacidad maxima de un condensador 0 capacitor), .las comentes. de. fuga pueden exceder.los limites de seguridad,causando .el calenta­ miento del aislador con el consiguiente deterioro del material y su ruptura final. Las corrientes de fuga tambien pueden ocurrir cuando la comente "crea caminos" en 1a superficie del aislador, cuando ha ocurrido dafio mecanico 0 una acmnulaci6n de conta­ minante. Calor por Formaci6n de Arcos Electricos. Los arcos electricos ocwen cuando uncircuito eIectrico .que esta transportando co­ rriente se interrumpe ya sea intencionalmente, como con un inte­ rruptor de cuchilla, 0 accidentalmente, como cuando se pierde un contacto 0 terminaL La formaci6n de arcos es especiaimente se­ veros cuando hay motores u otros circuitos inductivos involucra­ dos. Las temperaturas de los arcos son muy elevadas yel calor liberado puede ser suficiente para incendiar el material combus­ tible 0 inflamable vecinos. En algunos casos, el arco puede fun­ dir el conductor y hacer saltar metal fundido, Como e1 areo no trae una intesidad de corriente elevada, la falIa que 10 causa puede no fundir, quemar 0 abrir un fusible 0 disyuntor. Un requisito para un circuito electrico intrfnsicamente se" guro es que 1a formacion de arcos, debida a la interrupcion acci­ dental de Ia comente, no libere suficiente energia para incendiar la atm6sfera peJigrosa donde esta localizado el circuito. Calentamiento por ElectricidadEstatica. La .electricidad es­ tatica(Uamada a ve~es electricidadpor fricci6n) es. una. carga electrica que se acumulasobre las superficies de dos materiales quese han unido y luego separado. Unasuperficie se carga po­ sitivamente, la otra negativamente. 8i las sustancias no estan conectadas ni puestas a tierra,eventuaimente acmnulan sufi­ ciente carga eh~ctrka de modo que puede saltar una chispa. Los arcos estaticos son generalmente de duraci6n muy corta y no producen suficiente calor para incendiar combustibles ordina­ rios, como el papel. Las chispas estaticas, sin embargo, son ca­ paces de incendiar vapores y gases inflamables, y nubes de polvo explosivo. Un hidrocarburo combustible (ej., gasolina) que fluye en una tuberfa puede generar electricidad estc:itica con suficiente energia para incendiar un vapor inflamable. Calor Generado por Rayos. Los rayos son la descarga de una carga electrica de una nube a una carga opuesta en otra nube 0 en la tierra. Los rayos que pasan entre una nube y la tierra pue­ den desarrollar temperaturas muy altas en cualquier material de

Qufmjca yffsica del fuego

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alta resistencia en sutrayecto, como la madera 0 mamposteria.

Energia Mecanica El calor generado mecanicamente es responsable de un numero importante de incendios todos los anos. El calor por fricci6n es el causante de la mayoria de estos incendios, aunque hay unos pocos casos notables de ignici6n poria energia mecanica libe­ rada por la compresi6n. Calor por Friccion. La energia mecanica usada para superar Ja resistencia almov.irniento ;cuando.dos s.6lidos.seirotanentr~si, seconoce como calor por friccion. La fricci6n genera calor. El peligro depende de la energiamecamca disponible, la velocidad de generaci6n de calor, y Stl tasa de disipacion .. Un ejemplo de calentamiento por friccion es el causado por la fricci6n de una correa que se resbala contra una polea. Chispas por Friccion. Las chispas por fricci6n inc1uyen chis­ pas resultantes del impacto de dos superficies duras. En la ma­ yorfa de casos, por 10 menos uno de los materiales es un metal. Algunos ejemplos que se han reportado como causantes de in­ cendios son las chispas de herramientas de acero al caersobre un piso de concreto; de herramientas que se caen y golpean ma­ quinaria 0 tuberfas; de particulas metalicas .atrapadas en moli­ nos industriales; y de cIavos de zapatos sobre pisos de concreto. Las chispas de friccion se forman de la siguiente manera: el calor, producido por impacto 0 fricci6n, calienta inicialmente a la particula que se separa de la superficie. La temperatura ma­ xima es determinada generaimente por el punto de fusi6n mas bajo de los materiales involucrados, pero en algunos metales, la superficie recien expuesta de la particula puede oxidarse a la temperatura elevada, con el calor de la oxidaci6n amnentando la temperatura hasta que la particu1a se hace incandescente. Aunque las temperaturas necesarias para la incandescencia varian con los diferentes metales, en la mayorfa de casos estan bien por encima de las temperaturas de ignici6n de los materia­ les inflamables, por ejemplo, la temperatura de la chi spa de una herramienta de acero se acerca a los 1400°C; las chispas de ale­ aciones de cobre y niquel con pequenas cantidades de hierro pueden estar muy por encima de 3000°C. Sin embargo, el po­ tencial de ignici6n de una chispadepende de su contenido total de calor; aSl, el tamafio de la particula tiene un efecto marcado sobre la ignicion de la chispa. El peligro practico de las chispas mecanicas esta limitado13or el hecho de que generaimente son muy pequenas y tienen un bajo contenido total de calor, aunque cada chispa puede tener una temperatura de 1100°C 0 mas. Las chispas mecanicas se enman rapidamente e inician incendios solamente bajo condiciones favorables, por ejemp10, cuando caen en algod6n seco suelto, polvos combustibles, 0 materiales explosivos. Las partfculas de metal mas grandes, capaces de re­ tener BU calor mas tiempo, generaimente no se calientan hasta temperaturas peligrosas. Aunque el peligro de ignici6n de va­ pores 0 gases inflamables por chispas de fricci6n a veces se exa­ gera, es mejor evitar el uso de ruedas de amolar (esmeriles) y otras fuentes de chispas mecanicas en areas donde puede haber liquidos, gases 0 vapores inflamables. No se debe ignorar la po­ sibilidad de ignicion debida a alguna condicion inusual. Una de

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SECC10N 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

estas condiciones, que esta bien documentada es el impacto entre el aluminio y el hierro oxidado. El aluminio reacciona con el oxido ferrieo (Fe2 0 3) para producir oxido de aluniinio y hie­ rro, un proceso altamente exotermico conocido como reaccion rennica. Las ehispas que se producen son muy incendiarias, al­ canzando temperaturas hasta de 3000°C al incendiarse. El niquel, el metal Monel®, y el bronce tienen un riesgo de chispas muy bajo; eLacero inoxidable tiene un riesgode chispa mucho mas bajo que el acero de las herramientas ordinarias. Las herramientas especiales de cobre y berilio y otras aleaciones estan disefiadas para minimizar el peligro de chispas en lugares peligrosos. Sin embargo, estas herramientas no pueden eliminar .····complefumenfe-el·peligro oeclfispasp6fqueilhaclfispapuede producirse bajo diferentes condiciones. Se obtiene muy poco 0 ninglin beneficio usando herramientas a prueba de chispa en lugar de las de acero para evitar explosiones de hidrocarburos. 13 Las herramientas de cuero, plastico y madera estan, sin em­ bargo, libres del peligro de chispas por friccion. Calor por Compresion.Cuando un gas se comprime nipida­ mente, la temperatura se eleva, un hecho conocido de todos que se ha utilizado en bombas para inflar llantas de bicicletas. Tam­ bien se conoce como el efecto diesel y ha encontrado aplicacio­ nes practicas en los motores diesel en las que el calor de compresion elimina la necesidad de ignicion por chi spa Pri­ mero el aire es comprimido en el cilindro y se inyecta un rodo de aceite enel aire comprimido caliente..Elcalor emitido du­ rante la compresion del aire .es suficiente para provocar la igni­ cion del aceite.

Energfa Nuclear La energia nuclear se libera cuando el nucleo de un isotopo ines­ table de un elemento (ej., el uranio 235) experimenta fision (di­ vidiendose) para producir dos nucleos mas pequefios, la suma de cuyas masas es imperceptiblemente menor que el nucleo origi­ nal. La "masa perdida" (m) seconvierteen energia (E), de acuerdo a la formula de Einstein

E=mc donde c es la velocidad de la luz. Las cantidades de energia son inmensas, pero en los isoto­ pos radiactivos naturales la velocidad de liberacion es suma­ mente pequefia. Las velocidades mas altas necesarias para generar energia nuclear se obtienen solamente cuando se produ­ cen mayores concentraciones de ciertos isotopos de uranio y plutonio que tienen lapropiedad de sostener reacciones en ca­ dena en las cuales los neutrones liberados por el proceso de fi­ sian producen una cascada de reaccionesde fision en otros atomos de estos isotopos inestables. La energia liberada por estos procesos nucleares es inmen­ samente mayor que la energia liberada por reacciones quimicas ordinarias. La liberacion instantanea de una gran cantidad de energia nuclear se manifiesta como una explosion atomica. La liberacion controlada de energia nuclear es una fuente de calor

para el uso diario (ej., es fuente de energia para la produccion de vapor de presion alta para la generacion deelectricidad en cen­ trales nucleoeh~ctricas).

RESUMEN El fuego es un.fenomeno complejo. Para incrementar la com­ prension del comportamiento del fuego, es necesario tener, al menos,un conocirniento basicode una serie de materias inclu­ yendo fisica, quirnica, transferencia de calor y .de masa y dina­ mica de fluidos. En este Capitulo, se presentan algunos de los - requisitos·de·quimicaTfisicanecesarioNpara:expii:caret-com~ portamiento del fuego. La terminologia relevante esexplicada en detalle y se pretende poner los terminos individuales dentro de su contexto. Es importante usar la terminologia empleada por las disciplinas de las ingenierias y las ciencias.

BIBLIOGRAFIA Referencias Citadas 1. Zabetakis, M. G., Flammability Characteristics of Combustible Gases and Vapors, Bulletin 627,1965, Bureau of Mines, U. S. Department of Interior, Washing, DC. 2. ASTM D93, Standard Test Methods for Flash-Point by Pensky­ Martens Closed Cup Tester, American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, PA, 2000. 3. ASTM D92, Standard Test Methods for Flash and Fire Points by Cleveland Open Cup, American Society for Testing and Materi­ als, West Conshohocken, PA, 1998. 4. Westbrook, C. K., and Dryer, F.L., "Chemical Kinetics and Mod­ eling of Combustion Processes ", Combustion Institute, Pitts­ burgh, PA, 1981. 5. Quintiere, J. G., "Surface Flame Spread", SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 3rd ed., P. J. DiNenno et al. (Eds.), National Fire Protection Association, Quincy, MA2002, pp. 2­ 246-2-257. 6. Kim, J. S., de Ris, J., and Kroesser, F.W., "Laminar Free-Con­ vective Burning of Fuel Surfaces ",13 th Symposium (Interna­ tional) on Combustion, Combustion, Combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1971, pp. 949-961. 7. Babrauskas, v., "The Cone Calorimeter: A Vertical Bench.Scale Tool for the Evaluation ofFire Properties ", in New Technology to Reduce Fire Losses and Costs, S. J. Grayson and D. A. Smith (Ed.), Elsevier, London, UK, 1995, pp.78-87. 8. Cox, G., "Compartment Fire Modelling", in Combustion Funda­ mentdls ofFire, G. Cox, (Ed.), Academic Press Limited, Lon­ don, UK,1995, pp. 329-404. . 9. Browne, F. L., "Theories o/the Combustion of Wood and Its Control", Report No. 2136, 1958, Forest Products Laboratory, U.S. Department ofAgriculture, Madison, WI. 10. Drysdale, D. D., An Introduction to Fire Dynamics, 2nd ed., John Wiley and Sons, Chichester, UK, 1999. 11. deRis, J., "Fire Radiation-A Review", 17th Symposium (Inter­ national) on Combustion, Combustion Institute, Pittsburgh, PA, 1979, pp. 1003-1016. 12. Tien, C.L., Lee. K.Y, y Stretton, A.J., Radiation Heat Transfer, in SFPE Handbook ofFire Protection Engineering, 3rd edition, .P.J.DiNenno et al. (edit.), National Fire Protection Association, Quincy, MA, 2002, pp. 1-73-1-89. 13. NFPA, "Friction Spark Ignition of Flammable Vapors", NFPA Quarterly, Vol. 53, No.2, 1959, pp. 155-157.

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Richard L. P. Custer

OS inyestigadores. cientificos elngenieros.nan-trabajado en los ultimos 20 afios en eI desarrollo y comprension de 108 factores y procesos fisicos que controlan e intervienen en el crecimiento y propagaciou del fuego y sus productos; Gran parte de este trabajo estaba enfocado en dos tipos generales de escenarios de incendios: (I) el incendio de charcos y (2) el in­ cendio dentro de compartimientos. La investigacion de incen­ dios de charcos desarrollo el conocimiento de la produccion de energia a partir de una superucie en combustiOn y la dinamica de la columna de gases .calientes y otros productos de la com­ bustion que se elevan de la superucie. El entendimiento del in­ cendio de compartimientos, en parte, se ha basado en trabajos sobre incendios de charco para defmir las caracteristicas de un entomo siroplificado de incendio sin los efectos de los limites de compartimientos (como paredes y cielo rasos) y aberturas de compartimientos (como puertas y ventanas) sobre el desarrollo de la velocidad de crecimiento del incendio. Otros trabajos han producido cientos de pruebas de incendios en compartimientos con diferentes fuentes de ignici6n, dimensiones fisicas, mate­ riales de construcci6n y distribuci6n de desfogues. Como re­ sultado de este trabajo, ahora es posible cuantificar muchos aspectos de los incendios de charco y de compartimiento para predecir su efecto y usarlo en el analisis de riesgos, analisis y di­ sefio de sistemas de proteccion contra incendios, y reconstruc­ cion de incendios. La propagacicm y desarrollo en elcontexto de este capitulo se limitan al compartimiento de origen y los conjuntosde ,combustibles dentro de el. El objetode este capitulo es proporcionar allector un co­ nocimiento basieo de los conceptos comprendidos en la dina­ mica aplicada de incendiosmoderna como base parautilizar los metodos de calculo descritos en otra parte de este manual. Este capitulo se propone introducir los conceptos generales de crecimiento del fuego en un compartimiento sin concentrarse en las matematicas detalladas involucradas. Se haran referen­ cias a otros capitulos de este manual y a la literatura publicada, . cuando sea necesario, para guiar allector hacia fuentes de in­ formaci6n para estudio adicional. Para los efectos de este capitulo, la discusion versara sobre el desarrollo del incendio desde el momento en que se establece la combusti6n hasta cuando el incendio compromete el compar­ timiento completo y es controlado por el flujo de aire saliente y

L

Richard L. P. Custer, M.Sc., es socio principal y director tecnico de ARUP Fire en Westborough, lVlassachusetts. El Sr. Custer es miembro de la Society ofFire Protection Engineers.

en:traIite por las aberturas delcompartimiento. La combustion establecida se defmecomo el punto en el desarrollo del incendio donde el tamano de las llamas es sufi­ cientemente grande para que pueda continuar la combustion con llama sin una fuente de ignici6n extemaindependiente y el in­ cendio crezca hasta e1limite que 10 permitan el combustible 0 el oxigeno presentes. La altura de las llamas en una combustion establecida se considera de aproximadamente 254 rom (10 pul­ gadas)sobre la superucie horizontal del combustible. Se 3U­ giere que, en este punto, hay suficiente retroalimentaci6n de energia de las llamas hacia el combustible para que haya pro­ ducci6n adecuada de vapores del combustible y la llama no se extinga sin influencias extemas.

DESARROLLO DEL INCENDIO La siguiente exposicion asume que ya ha ocurrido la ignici6n y que el incendio ha llegado al punto de combustion establecida. Comenzando con los primeros materiales incendiados, las pri­ meras etapas de un incendio proporcionan el impulso para el crecimiento y propagaci6n, tanto dentro del compartimiento como a otraspartes del edificio. EI incendio sirve no solo como fuente de energia para alimentar las llamas y gases calientes para la propagacion del incendio, sino como fuente de particulas de hurno y gases t6xicos y corrosivos que forman J6s productos de la combusti6n. La velocidad y cantidad{Ie energia,producida por el incendio inicial en un compartimientodetenninaracon fre­ cuencia si el incendio se va a propagar mas alIa de ese compar­ timiento 0 no. Elcombustible disponible para el crecimiento y propaga­ cion del incendio se puede caracterizar de dos maneras; (1) la velocidad a la que se queIJJ!i y libera energia dentro del entomo del compartimiento y (2) la energia total disponible que podria liberar el combustible. Cada una de estas caracteristicas se usa para describir la gravedad del riesgo 0 potencial de incendio. La tasa de combusti6n generalmente se describe bajo el ter­ mino tasa de liberacion de calor (HRR), que se cuantifica en terminos de los kilovatios (BTU por segundo) Iiberados instan­ taneamente en un punto dado del tiempo durante el incendio. La HRR describe la rapidez a la que se esta liberando energia. El concepto de riesgo potencial 0 gravedad del incendio se expresa como carga de fuego 0 carga de combustible y se basa en la cantidad de energia que estaria disponible si se fuera a con­ sumirtodo el combustible independientemente de cuanto tiempo tomaria. La carga de fuego 0 combustible generalmente se ex­

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r ------------------.----.--.. . I

I

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SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

presa enterm.iqos de kilogramos de combustible por metro cua­ drado (librasporple cuadraao)dearea de piso del espacio que se esta evaluando. La carga de combustible tambien puedeex­ presarse en terminos de energia como mega-julios (MJ) 'por metro cuadrado 0 BTUs por pie cuadrado . .La carga de com­ bustible no tiene en cuenta la velocidad a la cual se quema el combustible 0 la velocidad de crecimiento del incendio, sino cuanto tiempo puede arder un incendio hasta que se consume el combustible. Estos conceptos se discuten en detalle en las sec­ ciones siguientes.

La cantidad de calor liberado por un fuego por unidad de tiempo depende de Stl calor de combustion (que es la cantidad de ener­ gia producida porcada unidad de masa quemada), de la masa de combustible consumida por unidad de tiempo y de la eficiencia del proceso de combustion. La tasa de liberacion de calor se de­ termina entonces multiplicando la velocidad de perdida de masa (masa consumidalunidad de tiempo) por el calor de combustion (energia disponible/unidad de masa) y la eficiencia de combus­ tion (fraccion de la masa convertida en energia) para obtener la tasa de liberacion de calor, en unidades de energia producida por unidad de tiempo. Se usan varias unidades, como kilovatios (kW), Btu/s, 0 J/s. El kilovatio (1055 Btu/s) es la unidad mas comtin. La tasa de liberacion de calor es importante durante la etapa de crecimiento del incendio, cuando el aire para la com­ bustion es abundante y las caracteristicas del combustible con­ trolan la tasa de combustion. Durante esta fase, la tasa de liberacion de calor instantanea aumenta con el tiempo. La ecua­ cion (1) describe esta relacion entre la tasa de liberacion de calor, la perdida de masa (m ) y el calor de combusti6n (/}'h c ) (1)

La energia liberada por el combustible incendiado es tanto conve.ctiyacoITIo radillpte. _ LaJadiaci6n es la transferencia de energia de una superficie caliente a una superficie mas rna por ondaselectromagneticas. La convecci6n es la transferencia de energia por el movimiento de gases y Ifquidos calientes desde la fuente del calor a una parte mas rna del entomo. La cantidad de radiacion (la fraccion radiante) varia un poco dependiendo de la quimica del combustible y de la eficiencia de combustion. Ge­ neralmente, la fracci6n radiante se considera de 30 por ciento, con el 70 por ciento restante liberado como energia convectiva. La tasa de combusti6n de un combustible determinado esta controlada por su quimica y por su forma. La quimica del com­ bustible se refiere a su composici6n, por ejemplo, celulosica ver­ sus petroquimica. Los materiales celulosicos inc1uyen madera, papel, algodon, tela, etc. Los materiales petroquimicos en ge­ neral se refieren a plasticos que estan compuestos ·en su mayor parte de formulaciones derivadas del petroleo. La forma del ma­ terial, es decir, su tamafio, configuracion y distribuci6n, tambien tiene efecto sobre la tasa de combustion. La Tabla 1.3.1 da ejem­ plos de velocidades de combustion. Una manera de ver la forma del combustible es en terminos

TABLA 1.3.1Valores representativos de tasaspico de . Iiberaci6n de calor (combusti6n no confin~da) Combustible (II:>)

I-lRRMaxima (Kw.)

" Cest6 de basura, peql.Jefio(1 ,5~3) . 4-18 140-350 Balsas de basura, 11 galones con basura mixta de plastieo y papel (2Y2-7Y2) 40-970 Coleh6n de algod6n (26-29) Televisores (69-72) 120-290 Bolsas plasticas de basura I basura de papel (2,6-31 ) 120-350 270 Silla de PVC, armaz6n metaliea (34) -.Roltwna.dealgodon-(39-.1.Q)--.._. ____..._.,"-------..290"'370 Charco de gasolinalkerosen de 0,61 m2 (2 pies2) 400 Arboles de navidad, seeos (14-16) 500--650 Colch6n de poliuretano (7-31) 810-2630 Poltrona de poliuretano (27-61) 1350-1990 Sofa de poliuretano (113) 3120 Fuentes: Los valores provienen de las siguientes publicaciones: Babrauskas and Krasny, Fire Behavior of Upholstered Furniture. NFPA72@, C6digo Nacional de Alarmas de Incendio@, 1996.ed. B.2.2.2.1. Lee, B.T., Heat Release Rate Characteristics of Some Combustible Fuel Sources in Nuclear Power Plants, NBSIR 85-3195, National Bu­ reau of Standards, Gaithersburg, MD, 1985.

de area de superficie disponible para la combustion comparada con la masa del ITIaterial, a 10 que se denomina relacion superfi­ cie a masa. En el caso de materiales celu16sicos, por ejemplo, un bloque solido de madera que pesa 1 kg (2,2 lb) se quemara mas lentamente que la misma masa convertida en hojas delga­ das de papel, y puede quemarse explosivamente si es convertido en polvo fino de madera y se dispersa por todo el volumen de un compartimiento. Otro ejemplo de forma relacionado en parte con la quirnica, trata de las diferencias entre la espuma plastica y plastico rigido. La espuma plastica, en general, sequema mas rapidamente que una preparacion similar en forma rigida. Dos ejemplos son (1) el uretano flexible versus el uretano rigido y (2) la espuma de poliestireno versus el estireno rigido. La forma flexible 0 la es­ puma es de baja densidad y generalmente tiene una tasa de libe­ racion de calor mayor que el material rigido. Otra diferenciaen las caracteristicas t1sicas relacionada con las caracteristicas de combustion de los plasticos es sl el plastico, al quemar, se funde o no 10 hace. Aquellos plasticos que cambian de forma 0 confi­ guracion cuando se calientaIYse conocen como termoplasticos y pueden fundirse y liberar su energia mas rapidamente que los plasticos que permanecen rigidos al calentarse. Los tiltimos son llamados materiales plasticos termoestables. Los materiales ter­ moestables generalmente tienden a formar una capa carbonosa y quemarse mas lentamente. Aunque esta no es una exposicion exhaustiva sobre las ca­ racteristicas. de. combustion de los combustibles, si presenta al­ gunos factores que el lector podria considerar para evaluar la HRR potencial.de velocidad de crecimiento de un incendio, dados ciertos tipos de combustibles. Se encuentra informacion mas detallada sobre determinados combustibles en los capitulos correspondientes de este manual.

CAPITULO 3 •

Dinamica del desarrollo de incendios en compartimientos

CARGA DE COMBUSTIBLE

Carga de combustible es una forma de caracterizar el riesgo del incendio de compartimiento 0 de un edificio en terminos del tiempo que se espera que el incendio arded, basado en la canti­ dad total de combustible disponible y la energia total producida. La carga de combustible se determina sumando todo el combustible presente y dividiendolo por el area del comparti­ miento 0 espacio del incendio. La carga de combustible se ex­ presa como una masa de combustibleequivalente a la madera. Cuando hay plasticos u otros materiales presentes, se obtiene una conversion multiplicandoel IlUmero delibras~(kilogrru:no8} de plastico u otros materiales por el calor de combustion para esos materiales y dividiendo por el calor de combustion de la madera. Esta conversion produce el numero de libras (kilogra­ mos) de madera equivalente a los phisticos u otros materiales. La carga de combustible se relaciona con el tiempo que se espera que un incendio arda una vez controlado por la cantidad de aire disponible para que se queme el combustible. El aire que se suministra a traves de aberturas, como puertas y ventanas, con­ trola la cantidad de calor producido por un incendio durante este tiempo. Para e1 analisis de duracion del incendio, se presume que generalmente todas las puertas y ventanas estan abiertas.

CLASIFICACIONES DE INCENDIOS Con frecuencia es uti! c1asificar los incendios para sirnplificar las comunicaciones referentes a ciertas caracteristicas comunes. Los incendios han sido catalogados generalmente de cuatro ma­ neras (1) tipo de procesode combustion, (2) tasa de crecimiento, (3) ventilacion, y (4) etapa del incendio.

Clasificacion por Tipo de Proceso de Combustion Tal vez la descripcion mas sencilla de la c1asificacion de un in­ cendio seria dividir elincendio en tres regimenes: {I) pre com­ bustion, (2) combustion sin llama, y (3) combustion 1lameante. Esta clasificacion no representa necesariamente ninguna se­ cuencia. La pre combustion es el proceso de calentamiento de los combustibles hasta su punto de ignicion, durante el cuallos vapores y partfculas son liberados del combustible. La combustion sin llama esuna combustion incandescente . en la superficie del combustible y puede estar 0 no relacionada de alguna manera al contenido de oxigeno en la vecindad del proceso de combustion sin llamas. Lo que aqul se sugiere es que la velocidad de produccion de vapor del combustible y las tem­ peraturas involucradas pueden no ser suficientes para sostener la combustion con llamas. La combustion con llama casi se explica por sf misma en el sentido de que la produccion de suficiente energia y vapores de combustible en el ambito del combustible es la condicion basica que sustenta la presencia de las llamas. Estas condiciones de combustion pueden existir simultane­ amente en un incendio determinado. Amedida que las llamas se propagan de un punto a otro sabre un item determinado de com­

1-39

bustible 0 dentro del edificio, existira la condicion de pre com­ bustion 0 pre-lgnicion en el perimetro del incendio. La presen­ cia de ambas, la combustion sin llamas como con llamas, aim en el mismo compartimiento, es muy comtin cuandoel incendio se extiende a diferentes tipos de combustibles por diferentes me­ canismos.

Clasificacion por Tasa de Crecimiento Los incendios tam bien pueden clasificarse basados en su desa­ rrollo. El crecimiento puede ser positivo (aumentando la tasa de crt,cimientoJ-n negativo.(dismi;nuyendola -tasa deerecimienta). Un incendio que aumenta su produccion instantanea de energia 0 tasa de liberacion de calor en el tiempo se dice que es un incendio en crecimiento. Tfpicamente, los incendios en cre­ cimiento tienen mas aire dispo:r;tible que el necesario para la com­ bustion de los gases de combustible que se estan produciendo y continuaran creciendo hasta que sean lirnitados por la cantidad de combustible disponible 0 la cantidad de aire para la combustion. Una segunda categoria basada en la velocidad de creci­ miento es el incendio en regimen permanente. Bajo condiciories de regimen permanente, la produccion de calor del incendio 0 tasa de liberacion de calor pennanece relativamente constante en el tiempo. Esto no significa que no habra variaciones, pem no hay aumento continuo rnpido 0 disrninucion continua en la velo­ cidad de liberacion de energia. Un ejemplo de este fenomeno podrfa ser elincendio de un charco de lIquido inflamable de dia­ metro fijo donde, una vez que toda la superficie esta envuelta en llamas, la cantidad de energia producida es controlada por el area de superficie y sera esencialniente constante hasta que se agote el combustible. Otro ejemplo seria la produccion de energia de un incendio que esta siendo limitado por el suministro de aire. Una tercera categoria es la situacion de combustion com­ pleta 0 decadencia, donde hay suficiente aire para la combus­ ti6n, pero la HRR esta disrninuyendo, debido al agotamiento del combustible. Vease la Figura 1.3.1 para la representacion grafica del in­ cendio en crecimiento, incendio de regimen estacionario, y en decadencia. .. 1500 r-I~n~ce~n~d~io~e~n~----------------~---------' crecimiento

~ 1:5

(G

u

Inc;ndio de regimen estacionario

1000

Q)

u

Combustion completa

u-_~

c

-0

.~

,g

500

Q)

u

crl

III

f!!

o

o

100

200

300 Tiempo (s)

400

FIGURA 1.3.1 Categorias de crecimiento del incendio, basadas en fa velocidad de crecimiento

500

1-40 SECCION 1 •

Principios del fuego yciencia del fuego

La velocidad 0 tasa de crecimiento 0 la velocidad a la cual se acelera elcrecimiento es otramanera de clasificar los incen­ dios. Estos se consideran incendios "dependientes del tiempo". Se ha determinado que los incendios tipicos como los de resi­ dencias y oficinas crecen.como funci6n del cuadrado del tiempo y se conocen como incendios "de tiempo cuadritico", que puede caracterizarse por la Ecuacion 2.1

Q

Columna

Arrastre de aire

Arrastre de aire

(2) Nota: A

Donde

fuente de incendio.

a untiel11poA~termiIla~0 a = constante de crecirniento del incendio t= tiempo

Clasificaci6n Basada en la Ventilaci6n Los incendios tambien pueden clasificarse basados en si el in­ cendio es dominado por el combustible disponible para quemar o por el oxigeno 0 aire disponible para que continue el proceso de combusti6n. Cuando un incendio estit ardiendo ala intem­ perie, 0 estit en las primeras etapas de desarrollo dentro de un compartimiento donde hay exceso de aire para combustion, este incendio se dice que es un incendio control ado por el combusti­ ble. En un incendio de compartimiento con suficiente combus­ tible disponible, las aberturas de ventanas 0 puertaspueden servir eventualmente para controlar la cantidad de aire disponi­ ble para la combustion dentro del compartimiento. Una vez el incendio se desarrolla hasta el punto donde produce mas vapo­ res de combustible que los que se pueden consumir en el com­ partimiento con el aire disponible, se considera que es un incendio controlado por ventilaci6n. EI efecto de la ventilacion sobre la HRR esm relacionado con las dimensiones de la aber­ tura de ventilaci6n como 10 muestra la Ecuacion 3. 2 (3) donde

Q = tasa de liberacion de calor

ralmente que, aunque estos son tipicamente los tres pasos en que progresa un incendio, los incendios puedenretroceder a la fase dos y continuar la quema libre en la etapa de producci6n de lla­ mas, debido a cambios de ventilaci6n. Esta c1asificacion de tipos de incendios por etapas ha sido util en el pasado para describir las condiciones generales de la combustion, pero no se debe confiar en ella como unadescrip­ ci6n rigurosa de la secuencia de eventos involucrados en la nici6n y el crecirniento y propagacion de los incendios.

EFECTOS DE LOSLlIVIITES DEL COMPARTIMIENTO SOBRE EL INCENDIO La presencia de Ifmites de compartirnientos, como paredes y cielo rasos, puede tener efectos significativos en la manera en que se desarrolla y propaga un incendio al afectar y controlar las perdidas de calor y la tasa de liberaci6n de calor (HRR).

Incendio en Exteriores La distribuci6n mas sencilla de un incendio es a campo raso donde no esta afectado :por paredes 0 cielo rasos. EI incendio en exteriores se considera.un incendio de.quema librey..general­ mente !Osta, controlado por e1 combustible. La Figura 1.3.2

A = area de la abertura

h

=

altura de la abertura

Clasificaci6n por Etapa del Incendio EI servicio de bomberos clasifica el transcurso tipico de un in­ cendio en tres fases 0 etapas: (I) incipiente, (2) quema libre, y (3) combustion sin llamas. 3 La primer a etapa 0 fase, llamada incipiente, se relaciona al inicio del incendio durante el tiempo que no hay llamas. El incendio puede estar en combustion sin llamas durante varias horas. La segunda fase 0 etapa, llamada periodo de quema libre 0 producci6n de llamas, esta acompafiada de consumo creciente de combustible ygeneracion de calor. La tercera fase 0 etapa, Hamada combustion sin llamas (0 de brasa) se caracteriza por la reducci6n del oxigeno en el com­ partimiento y disrninuci6n nipida de produccion de calor. En la discusi6n de las tres fases 0 etapas del incendio, se sefiala gene-

Perdidas hacia el cielo.raso

t

---

t;


Perdidas hacia el delo rasa

t

t Region de desviacion

Q incentiio

Arrastre .de aire

Nota: A

Arrastre deaire

fuente de incendio.

FIGURA 1.3.3 Incendio bajo un cie/o raso.lejos de las paredes

CAPiTULO 3 •

Dinamica del desarrolfo de incendios en compartimientos

muestra un incendio exterior de quema sostenida, sin paredes 0 cielo rasos que 10 encierren. Esta situaci6n puede representar ya sea un incendio en exteriores 0 un pequeno incendio de com­ partimiento que no ha crecido hasta el tamafio donde puedan afectario los lfmites de compartimientos Directamente encima del incendio ilustrado en la Figura 1.3.2, se levanta en el aire una columna de gases cahentes y pro­ ductos de eombusti6n. Esta se conoce como la columna (the plume) y forma una columna estrecha de productos calientes de la combusti6n y humo que se eleva en forma de cono invertido. Bajo condiciones estables, 1a columna sera simetrica, mas 0 menos en el centro del incendio. Laacci6ndelosgases calien­ tes que se elevan debido a la flotabilidad hace que entre aire del aire circundante en la base del incendio y a 10 largo de los limi­ tes entre la columna y el aire circundante. Este proceso se llama arrastre. La temperatura en la columna disminuye con la altura debido a los efectos de enfriarniento del aire arrastrado. Cuando la temperatura en la columna alcanza la temperatura del aire cir­ cundante, los gases y el humo dejan de elevarse. Este fen6meno se observa con frecuencia, especialmente en dfas serenos cuando el humo de una chimenea se eleva hasta cierto nivel y de repente se detiene y empieza a extenderse horizontalmente. Este es el re­ sultado de la igualacion de temperatura del humo en la columna con el aire circundante. Estas condicioncs se pueden presentar en espacios altos, como atrios, causando la estratificacion del humo y los gases calientes. Este fenomeno puede causar retra­ sos en la operaci6n de rociadores y detectores.

Incendio Bajo un Cielo Raso (Lejos de las Paredes) Cuando bay un cielo raso encima de una columna de incendio, los gases calientes y productos de combusti6n que se elevan co­ lisionan con el cielo raso y empiezan a fluir hacia fuera lejos de la linea central de la columna. Sobre un cielo raso lisa y plano (sin inclinaciones), este flujo sena idealmente igual en todas las direcciones. La Figura 1.3.3 muestra los efectos generales del cielo raso. Cuando un cielo raso se interpone a la columna, el

~/

Capa delgada en el cielo rasa

FIGURA 1.3.4

Efecto inicial de ciefo raso

1-41

flujo puede considerarse en dos regiones: (1) la region de la co­ lumna y (2) la region bajo el cie10 raso. La temperatura y velo­ cidades que se p)leden calcular dentro de la columna y la vena de aire dependen en gran medida de la ubicaci6n con respecto a la distancia radial de la linea central. Las investigaciones han demostrado que se aplica un con­ junto de relaciones al area inmediata del punto de colis ion donde la columna gira para fluir horizontalmente bajo el cielo raso. Esta area se conoce como la region de desviaci6n. En esta region, el gas que fluye esta dominado por la flotabilidad, y las temperaturas y velocidades son funci6n primordial de la altura delcielo rasosobre la basedelinc~dio,ya quelaaltura afecta la cantidad de arrastre. Aunque la temperatura real sobre la co­ lumna esta relacionada con la tasa de liberaci6n de calor se puede demostrar que para determinado incendio la temperatura a 10 largo de la linea central de la columna disminuye con el au­ mento en la altura. La ecuaci6n 4 da una relaci6n general de este fen6meno. 4

QW

r

AT = 16,9 H 5/3 para H :::;: 0,18

(4)

donde

AT= aumento de temperatura sobre el ambiente

Q' = tasa de Iiberaci6n de calor

H = altura del delo raso por encima del incendio

La temperatura de la vena de aire del cielo raso fuera de la region de desviaci6n es una funci6n de la distancia 0 radio desde la columna. Las temperaturas disminuiran a medida que aumenta el radio, debido a perdidas de calor hacia el cielo rasa y al arrastre de aire mas fresco desde los alrededores. En la ecuaci6n 5 se da un.a relaci6n general de este fen6meno. 4 (Qlr)2.,'3 r AT = 5,38 H 513 para H > 0,18

(5)

La velocidad de flujo fuera del radio de desviaci6n esta do­ minada mas por el impulso (la fuerza de la masa de gas en mo­

,

1.,-42

SECCION 1 •

FIGURA 1.3.5

Principios del fuego y ciencia del fuego

Oescarga inicial de humo del compat1imiento de origen

Nota: A =fuente de incendio. B objetivo combustible.

Aumento en el tamano del incendio y profundidad de la papa

FIGURA 1.3.6

+ por conducci6n

Zona superior capa caliente

Q perdidapor convecci6n

,

, I

t

,

t

,

t

'"

Q

Q perdida por radiaci6n

Zona inferior - capa tria

FIGURA 1.3.7

Zonas de incendio de compat1imiento y transferencia de calor

CAPiTULO 3 •

Dinamica del desarrollo de incendiosen compartimientos

1-43

Plano neutro

flujo entrante

Presion (-)

A

FIGURA 1.3.8

Presion y flujo de aire del incendio de compartimiento

vimiento) que por la flotabilidad (le fuerza debida a diferencias de temperatura entre los gases calientes y frios). 1

Incendio en un Compartimiento Lejos de las Paredes La Figura 1.3.4 representa las primeras etapas de un incendio de compartimiento con un solo desfogue donde no hay efecto del compartimiento. Haydos items en el compartimiento:AyB. A es la fuente de incendio, y B es un objetivo no incendiado ini­ cialmente, 10 suficientemente lejos de A para que no pueda ser incendiado directamente. 5 Una capa delgadade gases calientes y humo empieza a acurnularse en el delo raso. A medida que el incendio en el objeto A aurnenta en intensi­ dad, los gases que se acumulan en el cielo raso se extienden hacia fuera y quedan atrapados en dintel de la puerta. A medida que el incendio continua produdendo hurno y gases calientes, la capa en el cielo raso se espesara y empezara a fluir hacia fuera debajo del dintel hacia el compartimientosiguiente, que puede ser,por ejem­ plo,Qtro recll!too Ul1 cQrre40r(Figur;:t 1.3.5). Si el incendio deja de crecer 0 pasa a la faSe estable en este momento, el espesor de la capa superior en el compartimiento del incendio se hani esen­ cial.nJ.ente con~tailte, ylos pipductos exceaentesae la combustion saldfan del corripartimientoa una velocidad constante. Sin embargo, si el incendio sigue creciendo en tasa de libe­ radon de calor y el desfogue es demasiado pequefiopara sacar los productos de la combustion ala misma velocidad que se ge­ neran, la capa superior seguira aurnentando de espesor y des­ cendera hasta el suelo, aunque haya un desfogue (Figura 1.3.6). En este momento, es util observar las diferentes partes com­ ponentes del "sistema" de incendio decompartimiento. Un sen­ cillo modelo conceptual de este sistema de incendio de compartimiento consiste en una columna de gases calientes en­ cima del objeto uobjetos incendiados .inicialmente, unacapa su­ perior de gases calientes, y una capa fria debajo. Este modelo se conoce comUnmente como la zona crcada por los gases calien­ tes dentro y los gases frios fuera (Figura 1.3.7). Esto causa una presion positiva en los gases calientes que salen del comparti­ miento, en relacion con e1 exterior del compartimiento, y una

presion negativa en los gases fri08 en relacion con el interior. El flujo de aire resultante se muestra en 1a Figura 1.3.8, junto con la capa del cielo raso y la columna. En el dintel, habra una capa limite entre los gases mas calientes que fluyen hacia fuera (por la presion positiva) y los gases mas frios que fluyen hacia aden­ tro (por la presion negativa). Esta capa limitrofe 0 zona limitrofe se conoce comUnmente como el plano neutro, es decir neutro 0 igual con respecto a la presion dentro y fueradel recinto. La Figura 1.3.7 se puede usar tambien para ilustrar el equi­ librio general dentTO de las zonas del incendio de comparti­ miento. La energia se genera en la region de combustion del incendio. La columna acma como bomba para proporcionar los productos de combustion y gases calientes a la capa superior. Esto es el Qincendio en la Figura 1.3.7. La energia en la capa ca­ liente superior se pierde de varias maneras. El calor se pierde por radiacion de los gases calientes hacia el area fria abajo y por conveccion de los gases calientes que salen por la puerta. Se pierde calor hacia los materiales de 1a pared y el cielo raso por conducci6n des de 1a capa de gas caliente. Si el incendio esta ar­ diendci con unaproduccion constarite de calor, 1a capa se hace mas gruesa y las perdidas a traves de 1a puerta 0 desfogue y hacia los limites del· compartimiento permaneceran constantes despues de un lapso de tiempopara establecet~un equilibrio entre el calor generado y el calorperdido. Siel incendio sigue creciendo, las condiciones cambiaran. Las temperaturas en la capa superior seguiran creciendo, y la profundidad de la capa su­ perior seguira aurnentandtl. La temperatura creciente de la capa y 1a distancia cada vez menor de la capa hasta el piso resulta en una transferencia mayor de calor de radiacion hacia los objetos no incendiados en otras partes del compartimiento. El desarrollo de la capa del cielo raso juega un pape1 im­ portante en el crecimiento del incendio de compartimiento. Ademas de actuar como radiador para calentar otros objetos en el recinto, la radiacion de la capa tambien aumenta la tasa de combustion de los objetos ya incendiados. 6 Tipicamente, a medida que el incendio sigue creciendo en el compartimiento, con el correspondiente aumento en el espe­ sor y temperatura de la capa superior de gas, sucedera una tran­ sicion de incendio dominado por los primeros materiales incendiados a un incendio dominado por los materiales en com­

1-44

S ECCION 1 •

FIGURA 1.3.9

Principios del fuego y ciencia del fuego

Combustion slibita generafizada (flashover)

Transicion a invofucramiento total def recinto

Humo de recirculaci6n FIGURA 1.3.10

Invofucr:amiento totaf dei.recinto (luego de la combustion slibita generafizada (post-flashover))

busti6n entodo eI. r,?cinto.Est(i transicion qe llallla combustion subitageneralizada(fZashover)..Laventilaci6n-de la combustion subita generalizada (flashover)escontrolada por el tamano de las aberturas delrecinto y la posicion dela capa en 1a abertura. A medida que desciende la. capa,. disminuye el area efectiva de ventili,lcioll de Ia abertura. .Las condiciones que precipitan latransici6n a combustion subita generalizada (flashover) se a1canzan cuando (1) la capa superior de gas esta aproximadamente a 600°C y (2) el flujo ra­ diante de losmateriales no incendiados en el recintoes aproxi­ madamente 20 kW/m2 . La Figura 1.3.9 representa la combustion subita generalizada (flashover), la etapa de transici6n entre pre­ combustion subita generaIizada (flashover) yel incendio total del compartimiento (Hamada involucramiento total del recinto). El involucramiento total del recinto, como 10 ilustra la Fi­ gura 1.3.10, se caracteriza por la produccionde vapores excesi­ vos de combustibles que no pueden ser consum1dos dentro del compartimiento con el aire de combustion disponible. Esto pro­ duce la extensi6n de las llamas a traves de las aberturas de ven­ tilaci6n hacia los compartimientos adyacenteso hacia fuera por las ventanas, S1 estas fallan. La faHa de las ventanas ocurre ge­

neralmente poco hempo antes 0 despues a1canzarse las condi­ ciones de combustion subita generalizada (flashover) y puede proveer un area de ventilacion adicionaL La HRR necesaria para el flashover es relativa a las aberturas de ventilaci6n del compartimiento y se puede predecir generaimente tiSandolas ecuaciones y6 y ':'.2 Ecuacion de Babrauskas:Q'

,

fo =

75fJAo ..fRo

(6)

Ecuacion deThomas:Q" fo = 7,8A r + 378Ao (7) donde Q fu = liberaci6n de calor para la combustion subita genera­ lizada (flashover) (kW) Ao area de abertura de ventilacion (m2 ) Ho = altura de la ventilaci6n (m) AT = .area total de las superficies de encierro del comparti­ miento (m2 ) La combustion subita generalizada (flashover) no es una consecuencia inevitable de los incendios de compartimiento. En caso de que se limite el combustible 0 que haya aberturas de ven­

- - - - - - - _ ....

­

CAPITULO 3 •

tilacion suficientemente grandes, puede que no se forme la capa de cielo raso adecuada para haeer la transici6n por medio de la combustion sUbita generalizada (flashover) a el involucramiento total del recinto. La aplicacion de agentes de extincion, ya sea manual 0 automaticamente, tambien puede interrumpir el pro­ ceso en 0 antes de la combustion subita generalizada (flashover). Debe mencionarse que algunas investigaciones indican que la tasa de liberacion de calor de objetos en combustion, como col­ chones. se puede aumentar en un factor de 2 en un incendio post­ combustion subita generalizada (flashover) de un recinto. 6 Una vez que comienza la transicion de combustion subita generalizada(flashover)a involucrami(;mtototal del recinto, e1 incendio se acerca al control por ventilacion. EI humo por de­ bajo del plano neutro es recirculado frecuentemente hacia el in­ cendio, junto con el humo que puede estarse acumulando en los compartimientos adyacentes en el pasillo. Este proceso, lla­ mado enviciamiento, reduce el oxigeno disponible para la com­ bustion, causando una reduccion en la tasa de liberacion de calor. Bajo estas condiciones, el incendio alcanza la combustion de regimen constante.

Dim3mica del desarrollo de incendios en compartimientos

/

-

~

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!

"I

I

j

--

" --

j

Direcci6n del flujo de aire

FIGURA 1.3.11 Efecto de la loca/izacion del incendio en el arrastre de aire

EFECTOS DE LA UBICACION

DEL INCENDIO

En algunas circunstancias, la ubicaci6n del incendio en un re­ cinto puede tener efecto sobre la velocidad del crecirniento del incendio, en terminos de velocidad de temperatura de la vena de aire del cielo raso. 4 Cuando un incendio esta ardiendo en un re­ dnto lejos de las paredes, el aire esta libre para ser arrastrado hacia la columna desde todas las direcciones (Figura 1.3.11). Si el incendio esta cerca de una pared 0 en un rincon, la cantidad de arrastre de aire hacia la columna disminuye, y se pueden hacer ajustes de la tasa de liberaeion de calor en las correlacio­ nes utilizadas para calcular temperatura y velocidad. Para in­ cendios adyacentes a una pared, se sustituye 2Q por Q; para un incendio en un rinc6n de 90°, Q se multiplica par 4 en las co­ rrelaciones. Debe tenerse en cuenta, sin embargo, que los ex­ perimentos han demostrado que si se coloca un quemador circular de manera que solamente un punta este en contacto con la pared, el incendio se comporta de manera casi identica a un incendio lejos de la pared. 8

-- --

.­

1-45

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,

Raymond Friedman

e pueden usar para extinguir el fuego uno 0 mis de los si­ guientes mecamsmos (casi siempre y varios simuWl.nea­ .....·.··men!e):

S

• La separaci6n fisica de la sustancia combustible de la llama • Eliminacion 0 disoluci6n del suministro de oxigeno • Reducci6n de la temperatura del combustible 0 de la llama • Introducci6n de productos quimicos que modifiquen el pro­ ceso quimico de la combusti6n Por ejemplo, cuando se aplica agua al incendio de un com­ bustible s6lido que se quemando el aire, hay varios mecanismos de extincion involucrados simultaneamente. El s6lido se enma por el contacto con el agua, haciendo disminuir su tasa de piro­ lisis 0 de gasificaci6n. La llama gaseosa se enfria, reduciendo la retroalimentaci6n al solido combustible y la correspondiente reducci6n en la tasa de pirolisis endoterrnica. Se produce vapor, el cual, en algunas condiciones de confinamiento, puede impe­ dir la llegada de oxigeno al fuego. El agua en forma de niebla puede bloquear la transferencia de calor radiante. Como otro ejemplo, consideremos la aplicaci6n de una capa de espuma acuosa a un charco de liquido inflamable in­ cendiado. Pueden funcionar varios mecanismos. La espuma impide que el calor radiante a1cance la superficie y el suminis­ tro del calor de vaporizacion necesario. Si el punto de inflama­ cion del Hquido inflamable es mas alto que la temperatura de la espuma, elliquido se enma y su presi6n de vapor disrninuye. Si el Jiquido inflamable es soluble en agua, como el alcohol, en­ tonces,sediluir~~enel~g\.iade laespuma por un tercer meca­ nlsrno; yia presi6n del combustible reducinl. Otro ejemplo mas, cuando se aplicaun quirriico seco a un incendio, se involucran los siguientes mecamsmos de extinci6n: • Interacci6n quirnica con la llama • Cubrimientode la superficie combustible • Enfriamiento de la llania • Bloqueo de la transferencia de energia radiante Idealrnente, cualquier teona de extinci6n de incendios to­ talmente exitosa deberia poder predecir la cantidad y tasa de aplicaci6n del agente extintor necesaria para cada incendio. Esa teoria seria mejor que las medidas ernpiricas que producen la misma informaci6n, porque los datos empiricos senan confia­ bles solamente en circunstancias identicas a las empleadas en

Dr. Raymond Friedman fue vicepresidente a cargo de investigaci6n de incendios para la Factory Mutual Research Corporation from 1969 to 1987. Ahora, en retiro parcial, esconsultor y auditor.

las pruebas empiricas. Ademas, la teoda proporcionaria una guia para el mejora~~Ilt().9:~L4~.s~~.Q!:fjpA~d<;1extjl1!::iQn. "Desafortunadamente, los agentes antes mencionados (agua, espuma y quimicos secos) cada uno funciona por una combina­ cion de varios mecanismos, y la importancia relativa de las di­ ferentes contribuciones varia segUn las circunstancias. EI grado de complejidad resultante de esta situacion, 10 mismo que otros problemas, han impedido hasta ahora establecer de una teoda cuantitativa fundamental de accion de extinci6n. Sin embargo, se sabe mucho sobre diferentes modos de extinci6n, y este co­ nocimiento se describe aquL Se puede encontrar un tratamiento detallado en Friedman. l

EL PROCESO DE COMBUSTI6N Se hadesarrollado bastante informacion cientifica sobre el pro­ ceso de combustion, cuyo conocimiento es primordial para com­ prender la extinci6n del fuego. Para mas detalles se pueden consultar los textos de Friedman, que.son mas bien elementales; Drysdale2 y Glassman,3 que son mas avanzados; 0 Strehlow,4 el mas avanzado. En este capitulo se presentan solamente algunos conceptos baSICOS sencillos de la combusti6n relacionados con la extincion del fuego. EI terrnino combustion generalmente se refiere a una reac­ cion quimicaexotermica, 0 productora de calor entre una sus­ tancia y el oxigeno. El analisis quimico de los productos de la combustion muestra la presencia de ciertas moleculas que con­ tienen combinaciones de atomos de oxfgeno con otros tipos de atomos como CO 2, HP, S02' N02, A1 20 3, 0 Si02 · .Lareacci6n lentaes la reacci6n entre una sustancia y el oxi­ geno, que requiere semanas 0 meses para completarse. Esta re­ acci6n, que no es combusti6n, libera calor tan lentamente que la temperatura nunca sube aproximadamente mas de un grado por encima de la temperaturq,del entorno. Un ejemplo de este pro­ ceso es la oxidaci6n del metal. La diferencia entre una reaccion oxidante lenta y una reaccion de combusti6nes que la Ultima ocurre tan rapidamente que el calor es mas rapido en producirse que en disiparse, causando un au­ mento de temperatura sustancial de por 10 menos cientos, y a veces miles de grados Con mucha frecuencia la temperatura es tan alta que la zona de reacci6n de combusti6n ernite una luz visible. El interes de la protecci6n contra incendios generalmente esta en las reacciones de combustion entre diferentes materiales y el oxigeno del aire. La llama es unareacci6n de oxidaci6n gaseosa que (1) ocu­ rre en un lugar de espacio mucho mas caliente que su entorno y (2) generalmente emite luz. Son ejemplos conocidos la llama

1-47

1-48

SECCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

amarillil·de una vela yla llama ~1 de un quemador de gas. Cualldo'sequeina unsolldo,oomolin:t:9sforo 0 una vela, una parte del calor de la llama gaseosa setriuisfiere al solido, fla­ ciendo que e1 solido se vaporice (Figura 1.4.1). Esta vaporiZa­ cion puede ocurrir con descomposici6n qufmica de las molecl.llaso sin ella. Si se presenta la descomposici6n qufmica, el proceso se llama pirolisis. Hay otra forma de combusti6n que no tiene llama. Se llama combusti6n de brasa, incandescente 0 sin llamas. Los cigarrillos se queman de esta manera. Los muebles tapizados con relleno de algod6n 0 espuma de poliuretano tambien pueden quemarse .3§lL lJll1\J?il~_~'l.ll4e~~!!!I!~t?~~J:;i£'!,4.'h aserri~2_~E~2.I1 ~l}ede arder asi por semanas 0 meses. La combustion de brasa 0 sin llama se limita generalmente a materiales porosos que pueden formar una costra carbonosa cuando se calientan. Eloxigeno en el aire se difunde lentamente por losporos del material, y hay Una zona de reacci6n brilla:nte dentro de material, aunque el resplandor puede no ser visible desde afuera. Estos materiales porosos son pobres conductores del calor, as! que aunque la reaccion de combustion ocurre lenta­ mente, se retiene suficiente calor en la zona de reacci6n para man­ tener la temperatura elevada necesaria por sustentar la reacci6n. No es raro que una pieza de mobiliario tapizado, una vez in­ cendiada, se queme sin llama por varias horas. Durante este tiempo, la zona de reacci6n se propaga'solamente a 500100 mm (2 a 4 pulgadas) del punto de ignicion, y entonces, de repente, el mueble puede estailar en llamas .. La tasa de combustion durante la combustion en llamas es muchas veces mayor que la tasa de combustion durante la combustion .sin llama. La combustion requiere una temperatura alta, y las reac­ ciones qufmicas deben proceder 10 suficientemente nipido a esta

Cubeta invertida atrapando los productos de 1a combus­ ti6n de di6xido de carbono de la llama.

La cubeta invertida se baja, haciendo descender el di6xido de carbono sobre la llama de la cera en combustion.

:i i II. jll..

1 ! Iii" i I I

;III

, 1\ J II

temperatura elevadapara producir c,ilor tan nipidamente como se disipa, de manera que la zbflade reaccion nD se enma. Si se hac.e algo jJ~ra miistomJ:u: esteequilibrio' de ca1or,'como antrodu­ cir Un agente refrigerante, es posiblequese extinga lacombus­ tion. No es necesario que el refrigerante elimine el calor tan rapidamente como se genera, porque la zona de combustion en el incendio ya esta perdiendo algo de calor hacia el entorno mas fresco. En algunos cas os, se necesita solamente una pequefia perdida adicional de calor para inclinar 1a balanza hacia la ex­ tinci6n (vease la FIgura 7.3 en Friedman!). La extincion puede lograrse mediante e1 enfriamiento de (I) la zona de combustion gaseosa 0 (2) el combustible s6lidoo ·iiql~Td~. - E~ elliltiIIlo enfriaillfe~to-eVlt
caso, ef

H+O -+OH y

Vela en combusti6n libre

Vela ·auto-extiolijuida

FIGURA 1.4.1 Combustion en llamas (izquierda) y extinci6n (derecha) de una vela de cera por sus propios productos de la combustion

8imilares reacciones en cadena ocurren en cualquier especie que contenga hldrogeno. EI hldrogeno estii presente en la gran ma­ yoria de combustibles, excepto en los metales y el carbona puro.

CAPiTULO 4 •

OH+O

OH+H

L

Resullado neto: H + 3H 2 + O 2 - - - - . . . .

2H2 0 + 3H

FIGURA 1.4.2 Mecanismode reacci6n en cadena en fa llama de hidr6geno-oxigeno

La capacidad de losiitomos de hidr6geno de multiplicarse riipidamente en una llamadepende, entonces, de la temperatura predominante en la llama, que es modificada por la perdida de calor 0 por los gases inertes, llevandola as! ala .extinci6n. Los atomos de hidr6geno u otras especies activas tambien pueden eliminarse de la llama por medios puramente quimicos, es decir, por la introducci6n de una espeeie capaz de inhibiei6n quimica, la eual se diseutini mas adelante en este capitulo. En conseeuencia, haydos maneras fundamentales de redu­ cir la mtensidad de la combusti6n en una llama y finalmente cau­ sar la extinci6n:

Teoria de la extinci6n del fuego

1-49

mientosde conveccion libre(flotabilidad) de la region en com­ bustion rodeada por gases mas frios, entonces la superficie en llamas sera "separada" y desestabilizada, provocando la extin­ cion. Otro efecto es la perdida de calor radiante de la llama hacia la periferia, que puede causar inestabilidad cuando la ve­ locidad de perdida de calor se convierte en una fracci6n sufi­ ciente de la velocidad de generaci6n de calor. La importancia relativa de los varios efectos para diferentes llamas no ha sido totalmente establecida todavfa. Para fines pnlcticos, :Be puede confiar en los limites medidos de inflamabilidad. N6tese tambien en laFigura 1.4.3 que una mezcla metano­ aire"nitrogeno-a9;5·porciemo-se-puede-volverno·inflamable agregando no solamente nitrogeno sino tambien aire 0 metano adicional. Estas adiciones provocarian un exceso de uno de los reactivos y, por consiguiente, la disoluci6n y reducci6n de la temperatura de la llama. La discusi6n anterior sobre timites de inflamabilidad se aplica a la combustion premezclada, 0 combusti6n de una mez­ cla uniforrne de combustible y aire y posiblemente un tercer componente. Este es frecuentemente el caso de las explosiones, pero los incendios son generalmente llamas de difusi6n y no llamas pre­ 16

1. Reduciendo la temperatura de la llama 2. Afiadiendo un inhibidor quimico para que interfiera con la reacci6n en cadena

12

No inflamable

C(J)

Consideremos el efeeto de adicionar nitr6geno a una mez­ cIa combustible de vapory aire. Supongamos que el vapor com­ bustible es metano, CH4 • La figura 1.4.3 muestra que si se agrega aproximadamente mas de 35 por ciento de nitr6geno adi­ cional a una mezcla de 9,5 por ciento de metano-aire a 25°C, la mezc1a resultante no es inflamable. Esta no-inflarnabilidad es causada por la reducci6n de la temperatura de la llama de apro­ ximadamente 1900°C a aproximadamente 1200°C, porque el ni­ tr6geno agregado absorbe el calor. Pero, (,por que no puede la llama de arder cuando BU tem­ peratura es menor de 1200°C? Esto no es totalmente compren­ sible. Si tuvieramos una llama ideal, ardiendo en un Iugar sin campo gravitacional (ej., en una estaci6n espacial), y tambien con una perdida insignificante de calor radiante se cree que to­ davia habria un lfmite de inflamabilidad, causado por la compe­ tencia entre las reacciones quimicas de bifureaci6n en cadena y ruptura en cadena. Se sabe que las reacciones de bifurcaci6n en cadena son mueho mas sensibles a la temperatura que las reac­ ciones de ruptura en cadena; por consiguiente, las reacciones de ruptura en cadena dominaran por debajo de la temperatura cri­ tica y ya no podni arder la llama. Sin embargo, una llama real, en la tierra, estarii en un campo gravitacional, y cuando la disoluci6n de la llama reduce la velocidad de combustion a un valor menor que los movi­

E 10 ::>

C

>

(J)

'0 (J)

'm E (J) f:

8

0

.s 0

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6

N6 inflamable

4

2

% CH 4 +%Air + % N2 = 100%

OL-----~------~------~----~------~

o

10

20

30

40

50

Nitr6geno agregado (porcenlaje de volumen)

FIGURA 1.4.3 Lfmites de inflamabi/idad de varias mezclas de metano-aire-nitr6geno a 25'" C Y 1 atm (Fuente: Zabetakis)

r-~~~~-~~~~~~~~~~~ ~~~~-~~~-~~~~~-----~~~ ~~~~~~~~~~~-~ ~~~-~~~-- ~- ~~~~ ~~~~~~~ I

1-50

SECCION 1 •

Principios de/fuego ycienciadelfuego

mezcladas. Es decir que se esm vaporizando un combusti­ ble solido 0 liquido, yel aire se acerca a la nube de vapor por los lados. La llama arde en la interfase de los vapores com­ bustibles diseminados entre ellos yel aire. Entonces, los productos calientes de la combustion se eIevan debido a la flotabilidad. La llama de difusion es claramente mas compleja que una llama preruezclada, pero pnicticamente aplican los mis­ mos principios a su extinci6n. Si seafiade mas gas inerte al aire que alimenta la llama de difusion, la extincion ocurrirfi. cuando la temperatura de la llama se reduzca a aproximada120()~g()}~OO:g: ..Sin.eIllQllrgo, gtra~forma ~jJor1ante de extinguir una llama de·difusi6nsobre un solido 0 Hquido es enfriando el solido 0 Hquido 10 suficiente para in­ terrumpir el proceso de gasificacion. Si la tasade gasifica­ cion puede reducirse a menos de unos pocos gramos por metro cuadrado por segundo, la llama se hace inestable y ya nopuede auto-mantenerse.

EXTINCION CON AGUA Puede suponerse que el agua es el agente extintor mas usado por su bajo costa y mcil disponibilidad, en comparacion con otros liquidos. Sin embargo, aparte del costo y disponibili­ dad, el agua es superior a cualquier otro Hquido conocido para combatir la mayoria de incendios. El agua tiene un alto calor de vaporizacion por unidad de masa, por 10 menos cuatro veces mayor que la de cual­ quier otro liquido no inflamable. Tambien es extraordina­ riamente no toxica; un liquido qufmicamente inerte como el nitr6geno Uquido puede causar asfixia. El agua se puede al­ macenar a presion atmosferica y temperaturas normales. Su punto de ebullicion (lOO°C) esta muy por debajo de los If­ mites de 250°C a 450°C de temperaturas de pirolisis para la mayoria de los combustibles solidos, y por lo.tanto el en­ friado por evaporaci6n de la superficie en pirolisis es efi­ ciente. Ninglin otro liquido, no .importa su costo, puede igualar estas propiedades .. Sin 'embargo , el agua no es un agente extintor absolutainente perfecto. Se congela bajo o°e. Es conductofa de la electricidad. Puede causar dana irreversible a algunos elementos, aunque, en muchos casos, es posible recuperar elementos dafiados por el agua. pI agua puede no ser efectiva en incendios de Jiquidos inflamables, especialmente Jiquidos inflama:bles que son insolubles en agua y flotan en el agua, como los hidrocarburos. En in­ cendios de estos materiales se prefieren otros agentes, por ejemplo, espuma agua, gases inertes, halones (con limita­ ciones especificas por consideraciones de protecci6n de la atmosfera), y quimicos secos. El agua puede extinguir un incendio por una combina­ cion de mecanismos (enfriamiento del combustible s6lido 0 liquido; enfriamiento de la llama misma; generaci6n de vapor que evita el acceso de oxfgeno; y como niebla, blo­ queando la transferencia radiacion). Aunque todos estos mecanismos pueden contribuir a la extincion, probable­ mente el mas importante es el enfriamiento de un combus­ tible en gasificacion.

Para que un solido entre en combustion, uua del solido debe estar a temperatura suficientementealtapara que ocurra la pirolisis a velocidad suficiente para mantener la llama. En la mayoria de solidos, esta temperatura es de 300 c C a 400 c C, y la tasa de pirolisis debe ser unos pocos gramos por metro cuadrado por segundo. Si una pequefia cantidad de agua liquida, con su alto calor de vaporizacion, puede llegar a esta el solido se puede enfriar 10 sufi­ ciente para reducir 0 detener la pirolisis, y la llama se extin­ guini. Aun incendios profundamente arraigados se pueden extinguir de esta manera. Por 10 tanto, es agua es el obvio a e~c~~.e!J)ara s6lidos incen~ia~()~: .... ..... Los dos medios comunes deaplicacion deagua son: (1) un chorro solido 0 rocio de una manguera y (2) roclo de rociadores automaticos. Los aspectos practicos del comb ate manual de incendios y el uso de rociadores se dis­ cuten en otra seccion de este manual. Desde el punto de vista cientifico, los estudios revisados por Heskestad6 y Rashbah7 haninvestigado la tasa minima de aplicacion de agua a una superficie s6lida incendiada para lograr la extin­ cion. En un documento importante de Magee y Reitz8, se ca­ lentaronsimulmneamente planchas honzontales y vertica­ les de diferentes phisticos, incendiadas con calentadores radiantes, se enfriaron con rocios controlados de agua, y se establecieron las condiciones de extincion. La Figura 1.4.4 muestra la relacion lineal 'entre la tasa de calentamiento ra­ diante y la tasa de aplicacion de agua requerida para la ex­ tinci6n. El valor reciproco de la pendiente de la linea se estableci6 como aproximadamente el calor de vaporizaci6n del agua, como 10 predecia la teoria. Para extinguirun,incendio de metacrilato de polimetilo

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Flujo radiante externo (kW/m2)

FIGURA 1.4.4 Velocidad de aplicacion de agua para extinguir un fuego sobre una hoja vertical de polimetil metacrilato

CAPiTUL04 •

(Lucita@, Plexiglas®, Perspex@), se debe aplicar agua suficiente para reducir la tasa de combustion a menos de 4 gfm2 ·s. Depen­ diendo de la intensidad el flujo radiante impuesto extemamente (hasta 18 kW/m2) se necesito una tasa de aplicacion de agua de 1,5 gfm2.g a 8 g/m2·s. Esta es una tasa muy pequena de aplica­ cion deagua. Para la extincion sin flujo radiante extemo, fue ne­ cesario solamente rociar suficiente agua para que el calor absorbido por BU vaporizacion fuese 3 por ciento del calor de combustion. Experimentos con otros plasticos y con armazones de ma­ dera han dado resultados similares; solamente se deben aplicar unos pocos13Iamo8.1.ie-agua-l*H'-mtotn'fooadrade--por·segundoa la superficie incendiada para lograr la extincion, y la tasa de ab­ sorcion de calor por el agua es solamente un pequeno porcentaje de la tasa de generacion de calor por el fuego antes de la aplica-· cion de agua. La razon de esta alta eficiencia se comprende bien. Consi­ deremos una placa horizontal de metacrilato de polimetilo de 0,3 m x 0,3 m, en quema sostenida en su superficie superior. Las me­ diciones han demostra:doque solo aproximadamente 12 por dento de la energia liberada por combustion regresa ala superfi­ cie. De esta energia que llega a la superficie, principalmente por radiacion de la llama sobre ella, cerca de 40 pOI ciento se vuelve a irradiar desde la superficie caliente alentomo, y solamente 60 por ciento de 12 por ciento, 0 7 por ciento de la energia de com­ bustion disponible, se usa para descomponer y gasificar el plcis­ tico. Se necesita solamente aplicar suficiente agua a la superficie para agotar una parte sustancial de este 7 pOI dento de la energia de combustion, y la tasa de combustion se reduce entonces hasta un punto en que la llama ya no puede mantenerse. Desde luego, la evaporacion del agua produce vapor que disuelve la llama y reduce la temperatura de la llama, provo­ cando una reduccion en la tasa de combustion, pero este efecto generalmente es pequeno y no debe considerarse en el mode­ lado de primera aproximacion del proceso de extincion. Es in­ teresante anotar que en experimentos de ignicion, se calienta progresivamente una superficie grande, con un incremento gra­ dual en la tasadepirolisiso'descomposicion gaseosa., 'petonoes p6sil5le 'incenCfiai'l6svapores para obtener una llama·auto-sos­ tenida hasta que la tasa de pirolisis alcanza cierto valor minimo. Este es aproximadamente e1 mismo valor al cual sedebe redu­ cir la tasa de· pirolisis cuando se apJica agua a una superficie in­ cendiadapara lograr laextinci6n. En la practica de combate de incendios, sedebe aplicar agua a 10 hasta 100 veces las tasas utilizadas en'el estudio des­ crito arriba debido a la dificultad para lIevarel agua directa­ mente a la superficie incendiada. En caso de extincion pOI medio de rociadores de techo, es posible calcular la fraccion de las gotas de agua que pueden pe­ netrar la columna de fuego y Uegar abajo de Ia superficie incen­ dia. Este calculo es complejo.9 Es necesario saber la tasa de liberacion de calordel incendio, la localizacion del fuego en re­ laci6n con los rociadores de techo mas cercanos, y la distribu­ cion de tamafios de las getas de agua. El calculo toma en cuenta el arrastre aerodiml.mico sobre las gotas que descienden y se en­ cuentran con los gases ascendentes de incendio en ascendencia, y ca1cula el cambio del movimiento de los gases del incendio de­ bidoal irnpulso en sentido descendente del rocio de agua. El

Teoria deja extinci6n del fuego

1-51

calculo incluye la evaporacion de las gotas y el enfriamiento de los gases del incendio. La distribucion detama.tl0 de las gotas del agua depende no solo del diseno del rociador, sino tambien de la caida de presion en el rociador. EI tarnafio media degotas varia inversamente a la raiz cuadrada de la caida de presion. El tamafio de las gotas tambien depende de la tension Buperficial del agua, que se po­ dna modificar con aditivos. En algunos casos (porejemplo, un incendio puramente ga­ seoso) el agua puede extinguir el incendio al enfriar las llamas en lugar de la fuete del vapor combustible. La teoria de esta ac­ cioo.sebadisCYtid&-prev.iamente, 'E! agua puede ser efectiva en un incendio en derrame de un liquido inflamable con un punto de inflamacion alto (ej., aceite diesel), al reducir la temperatura del Jfquido por debajo de su punto de inflamaci6n. Sin embargo, el agua que choca con elliquido in­ flamable a alta veloddad puede hacer que elliquido incendiado se disperse, aumentando la intensidad del incendio. El agua aplicada en forma de espuma 0 una niebla fina evita esta situacion.

EXTINCION CON AGUA-ESPUMA Los agentes de agua-espumas se usan principalmente para el combate de incendios de liquid os inflamables. Si elUquido in­ flamable es mas liviano que el agua e insoluble en agua, la apli­ cacion de agua haria simplemente que el liquido flotara sobre ella y siguiera ardiendo. Si elliquido inflamable es un aceite 0 grasa, la temperatura de las cuales es sustancialmente por supe­ rior al del punto de ebullicion del agua, entonces el agua pene­ traria el aceite caliente, convirtiendolo en vapor debajo de la superficie, y causaria una erupcion de vapor que aceleraria la tasa de combustion y posiblemente propagaria el incendio. Las espumas son las herramientas principales para coniba­ tir incendios que involucran cantidades sustanciales de produc­ tos del petr6leo, tales como en refinenas, carro-ianques yareas de alrnllcellamif)ntg. Si eLliquido inflamable es soluble en agua,como los a1co­ holes, entonces la adicion de suficiente agua diluira el Uquido hasta el punto donde ya no es inflamable. Sin embargo, si hay un derrame profundo deUguido {nfi~lIllable en lugar de un de­ rramepoco profundo, el tiempo requerido para obtener sufi­ ciente dilucion sena tan largo que en este caso el agua-espuma sena el mejor agente extintor. Si no se conoce la naturaleza del liquido, se pOdrfa escog~r el agua-espuma acuosa en lugar de la aplicacion directa de agua. Otra aplicacion importante de agentes de agua- espuma es para liquidos 0 solidos ardiendo en espacios de dificil acceso, como un cuarto en un sotano y la cisterna de un barco. La es­ puma se usa para inundar completamente el compartimiento. La espuma para extincion de incendios es una masa de bur­ bujas formadas por diferentes metod os de soluciones acuosas de agentes espumantes especialmente formulados. Como la es­ puma es mucho mas liviana que cualquier liquido inflamable, este flota sobre elliquido produciendo una capa continua de ma­ terial acuoso, que exc1uye el aire y enfria y puede detener 0 pre­ venir la combustion.

1-52 SECCION 1 • Principios del fuegoy ciencia del fuego

Las espumas para extinci6n de incendios estan formuladas de varias maneras para su acci6n extintora. Algunas espumas son espesas y viscosas, fonnando mantos duros resistentes al calor sobre las superficies de liquidos incendiados y las areas verticales. Otras espumas son mas delgadas y se propagan mas rapidamente. Algunas espumas pueden producir una pelicula de soluci6n tensoactiva de agua,que sella el vapor sobreuna su­ perficie liquids, y otras son para usar como grandes volumenes de celulas de gas hfunedo para inundar superficies en Ilenar ca­ vidades. Estosson diferentesmetodos .de aplicaci6n de espu­ mas, los cua1es se describen en otra secci6n de este manual. El uso de espumas para protecci6n contra incendios re­ .-qulere tener en cuentasus caracterlstlcasgenernles.-La·espuma se descompone y vaporiza su contenido de agua cuando es ata­ cadapor el calor y las llamas. Por 10 tanto, se debe aplicara la superficie incendiada con suficiente volumen y velocidad para compensar esta perdida y suministrar una cantidad adicional para garantizar una capa de espuma residual sobre la parte ex­ tinguida delliquido incendiado. Antes de empezar a aplicar es­ puma a un incendio grande, se debe haber acumulado la suficiente cantidad de concentrado de espuma para completar el trabajo. Nada se logra si se extingue solamente parte del incen­ dio y se agota la espuma, porque el incendio a su in­ tensidad original. La espuma es una emulsi6n inestable de aire y agua y se puede descomponer facilmente por fuerzas fisicas 0 mecanicas. Ciertos vapores quimicos 0 fluidos pueden destruir la espuma nl.pidamente. Cuando se usan ciertos agentes extintores junto con la espuma, puede ocuniruna descomposicion grave de la es­ puma. El aire en turbulencia 0 los gases de combusti6n que se elevan violentamente pueden apartar la espuma liviana de la su­ perficie incendiada. No hay una base teorica para servir de gufa para las tasas de aplicacion necesarias de los diferentes tipos de espumas en di­ ferentes situaciones .. Estas guias .surgen de la experiencia de pruebas empfricas. . Una medida iitil de laboratorio para laeficiencia de la es­ puma es llenar un cilindro graduado con espuma y observar el tiempo requerido para que ciertapartedel aguaen el cilindro descienda (escurra) hacia el fondo.· Mientras masestable la es­ puma, mas lentamente. seagotara. Claraniente, tierdpo que colapse un manto de espuma deberiaser mayor que e1iiempo requerido para cubrir con espUma la superfitie total de un derrame grande. Por 16 tanto, hay una base para calcular la tasa de aplicacion necesaria. Logicamente, el hace descomponer la espuma a una velocidad mayor que la indicada en la prueba de escunimiento en el ciJindro; en con­ secuencia, todavia se necesita mas infonnacion empfrica. Otra herramienta de laboratorio util en la fonnulacion de es­ pumas que fonnan pelicula es la medida de la tensi6n superficial de la solucion de espuma, F elliquido inflamable, L, y la tension interfacial entre los dos liquidos, FL. La pelicula seextendera sobre la superficie solamente si F m.is L son mayores que FL.

para

EXTINCION CON NIEBLA DE AGUA Recientemente ha habido interes en el desarrollo de equipos para

aplicar niebla fina de agua a los incendios como altemativa para los agentes halogenados. Se pueden usar los tres metodos si­ guientes para distribuir la niebla de agua: 1. Instalacion fija, en la que se usa niebla fina de agua para

inactivar un compartimiento donde pueda ocurrir un incen­ dio, tal vez en un lugar oculto e impredecible 2.· Boquillas fijas de roclO colocadas alrededor del 8itio del po­ sible incendio 3. Un extintor portatil con rodo 0 niebla fina

A continuacion van tres mecanismos por los cuales la nie­ ··blaflna& aguapod.riaexilnguIr~un·lncendlo: 1. Las gotitas de agua, mientras se evaporan, eliminan el calor, ya sea en la superficie del combustible 0 dentro de la llama gaseosa. Este enfriamiento puede producir la extinci6n, como se menciono previamente. 2. Las gotitas finas se evaporan en el ambiente caliente aun antes de llegar a la llama, generando vapor que atenua, dis­ minuye el porcentaje de oxigeno en al aire cerca de la llama, causando de esta manera la extincion por un mecanismo si­ milar al de un gas inerte, por ejemplo el dioxido de carbono. 3. La niebla bloquea Ia transferencia de calor radiante entre el fuego y el combustible. En las pruebas donde se ha extinguido exitosamente el in­ cendio con nieblas, aparece que ha ocurrido alguna combina­ cion de los efectos arriba mencionados. En cuanto al mecanismo 1, es mucho mas facil que ima gota grande Begue hasta la superficie incendiada que una gota muy fina (niebla), la cual tiende a ser arrastrada de la superficie por los gases piroliticos. en caso de que la particula de agua pudiese pasar a traves de la llama hasta la vecindad de la superficie sub­ yacente.. Esta dificultad desaparece cuando la niebla fina se orienta con gran impulso bacia la superficie incendiada . En 10 que se refiere al enfriamiento de los gases de las lla­ mas .en )ug!lf de la sllper:fici~ini;endia
1-53

CAPiTUL04. Teoria de la extincion del fuego

Temperatura ("F)

TAB LA 1.4.1 Velocidad de sedimentaci6n de gotas de agua Diametro (micrones)

-120

Tiempo en seg. para sedimentar 0,305 m{1 pie)

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Fuente: Friendlander, S., Smoke, Dust, and Haze, Wiley, NY, 1977.12

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Uquido

Punto critico

30

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mente es eficaz para reducir la i.ntensidad 0 velocidad de prop a­ gaci6n delfuego;petotaramerrtesiillCiente'para extinguirlo por S1 solo. Resumiendo, la efectividad de la niebla fina depende de (1) e1 momentum de 1a proyecci6n y la direccion de la nieb1a del agua con relacion al fuego y (2) 'la geometria del comparti­ miento, Se puede encontrar mas informacion sobre nieblas de agua en Mawhinney y otros10y en la Conferencia Intemacional sobre Sistemas de Extincion de Incendios con Niebla de Aguall

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Punto triple

EXTINCION CON GASES INERTES o El agua actiia para extinguir los incendios principalmente por en­ friamiento, annque la formacion de vapor ayuda a diluir la con­ centraci6n de oxigeno, Por otraparte, los gases inertes actiian para extinguir los incendios principalmente por dilucion. El di6­ xido de carbono es el gas inerte mas comunmente usado, aunque podria usarse nitrogeno 0 vapor, Teoricamente, podrian usarse helio, neon 0 argon, pero son costosos, y no hay razon para usar­ los excepto en casos especiales como en incendios de magnesio. La Tabla 1.4.2 presenta las proporciones minimas de dio­ xido de carbono 0 gas de nitrogeno que afiadidas al aire forma­ ran una atmosfera donde nose incendiarau diferentes vapores. Basado en volumen, el diox~do de carbono es sustancialmente

TABLA 1.4.2 Relaciones minimas requeridas de dioxido de carbono 0 nitrogenocon el aire que evitarim e/ incendio de diterentes vapores a 25°C

Dioxido de carbono

NiAire Extra

Vapor Sisulfuro de carbono

Hidrogeno Etileno Eter Etanol Propano Acetona n-Hexano Benceno Metano

Nitrogeno

1,59 1,54 0,68 0,51 0,48 0,41 0,41 0,40 0,40 0,33

8,1 8,2 12,5 13,9 14,2 14,9 14,9 15,0 15,0 15,7

3,00 3,10 1,00 0,97 0,86 0,78 0,75 0,72 0,82 0,63 -~"-~~~-~~-

Fuente: Friedman.1

5,2 5,1 10,5 10,6 11,3 11,8 12,0 12,2 11,5 12,9

+40

Temperatura (OC)

FIGURA 1.4.5 Diagrama de tases del di6xido de carbono.

mas eficiente que el nitrogeno. Notese sin embargo que un vo­ lumen dado de dioxido de carbonoes 1,57 veces tan pesado como el nitrogeno (relacion de peso molecular de 44 a 28), asi que los dos gases tienen casi la misma efectividad en base a su peso, Cualquiera de estos gases en cantidad suficiente evitaran la combustion de cualquier cosa excepto ciertos metales 0 quf­ micos inestables como los pirotecnicos, propulsores solidos de cohetes, hidracina, etc. Si esta disponible, el vapor puede usarse como agente ex­ tintorinerte. EI porcentaje por volumen requerido es interme­ dio entre el que requiere el dioxido de,carbono y el nitrogeno. La Tabla 1.4.2 muestra que la adicion requerida de dioxido de carbona 0 de nitrogeno reduce el nivel de oxigeno hasta el punto en el.cuallas personas expuestas sufi-iran efectos indese­ abies. En el caso del dioxido de carbono, las concentraciones necesarias para extinguifl un incendio produciran un grave efecto fisiologico adicional. La Tabla 1,4.2 se refiere solamente a los vapores, pero la in­ formacion aplica a liquidos 0 solidos porque ellos arden sola­ mente por vaporizacion 0 pirolisis. En consecuencia, 1a aplicacion de un gas inerte puede extinguir la llama de un liquido o s6lido. Sin embargo, si el gas inerte se disipa despues de varios minutos, por ejemplo cuando el cerramiento no es bermetico, es posible que un rescoldo 0 chispa encendida 0 un metal caliente puedan volver a iniciar el incendio. La reignicion es comu.n en incendios profundamente arraigados como los que pueden ocumr en muebles tapizados 0 en una caja de carton con documentos. Es conveniente explicar un poco las formas fisicas del dio­ xido de carbono. EI dioxido de carbona es inusual porque solo

------------------.~

1-54

SEGCION1 •

__..._-_._------------_ __. _ - - - - ­ ..

Principiosdel fuego yciencia del fuego

puede existir como gas 0 solido a presion atmosferica normal, pero no como Iiquido. La Figura 1.4.5 muestra el diagrama de fases del dioxido de carbono. La forma s6lida de dioxido de carbono, conocida comun­ mente como hielo seeo, a presion atmosferica, existe solamente por debajo de -79°C, a cuya temperatura sufre sublimacion di­ rectamente a vapor, sin fundirse. Sin embargo, el di6xido de carbono Hquido puede existir a presiones elevadas, siempre y . cuando la temperatura este por encima de -57°C y la presion por encima de 5.2 atm. Esta condicion de temperatura y presion se conoce como el punto triple del di6xido de carbona porque es un 1:(­ la iiIlica condicion e_n la_c':l.~lJO)ueden coexistir un quido y un vapor. El dioxido de carbona Uquido se puede guardar en un reci­ piente a presion a cualquier temperatura entre -57°C y +31 ~C (la temperatura critica). Por encima de la temperatura cntica, ya no habra una interfase liquido-gas en el recipiente a presion; por 10 tanto, el fluido en el recipiente sena un gas. Un recipiente a pre­ sion a 21°C que contenga dioxido de carbona Uquido estaria a una presion de 58 atm, que es la presion de vapor del dioxido de carbono a esa temperatura. Esta presion se usa para expeler dio­ xido de carbono liquido de un cilindro en el combate de inc en­ dios. El cilindro normalmente contendria un tuba de sifon que llega hasta el fondo de man eta: que se pueda descargar llquido y no vapor. Mientras las goticulas de liquido salen de una boqui­ lla hacia el ambiente de menor presi6n, ocurre una evaporiza­ cion instantanea, con enfriamiento por evaporation'delUquido residual en cada gota. Este proceso causa la solidificacion de la porcion residual en particulas de hie10 seco a -79°C. Si el U­ quido estuviera originalmente a 21°C, aproximadamente 75 por ciento del Hquido descargado se habna evaporado y aproxima­ damente 25 por ciento se habrfa convertido en partfculas de hielo seco. Algunas particlllas de hielo _seco podrian chocar contra una ,~".,.-f;,..i" combustible y tener un efecto de enfriamiento. Sin embargo, como el calor. de sublimacion del dioxido de carbono es solamente cerca de una cuarta parte del calor de vaporizacion del agua y como solamentecercade una cllarta parte del dioxido de carbono descargado se convierte en hielo seco, el efecto de enfriamiento sobre la superfide caliente es solam~nte un died­ seisavo del que produce el agua desc/lrgada a una tas,a igual (en ,base a la masa). .Comparando el dioxido ,
- _ . _ - - - - - - - ._._-_._.

8i este sistema se hiciera posible en terminos de costos, seda conveniente para suministrar la inertizaci6n permanente del ni­ trogeno a espacios peligrosos que no requieran presencia hu­ mana. Una reduccion delporcentaje en el aire de 21 por dento a 10 por ciento pOI volumen harfa imposibles los incendios y explosiones, excepto para unos pocos gases espleciales, por ejemplo, hidrogeno, acetileno, 0 bisulfato de carbono, que re­ querinan mayor diiuci6n.

EXTINCION CON AGENTES -.----_____HALOGENADOS_ Los sistemas de extincion con agentes halogenados son una in­ novacion relativamente reciente en la proteccion contra incen­ dios, pero a pesar de esto ya estan en via de desaparicion. Con fecha lOde enero de 1994, la produccion de halogenos para pro­ teccion contraincendios se suspendio en muchos paises. La razon para detener la producci6n de halogenos no tiene nada que ver con su efectividad como agente extintor. La pro­ ducci6n de hal6genos se suspendio porque tiene efectos nocivos sobre el ambiente. Hayevidencia cientifica que asocia fuerte­ mente los "halogenos y los clorofluorocarbonos (CFCs) con el agotamiento de la capa de ozono estratosferica, que nos protege de la radiaci6n ultravioleta dafiina. El agotamiento de la capa de ozono puede reducir su efectividad, llevando a problemas con­ siderables de salud y ambientales. Los agentes extintoreshalogenados, 0 hal ones, son deriva­ dos quimicos del metano (CH4) 0 etano (CH 3-CH3), en los que algunos 0 todos los atomos de hidr6geno han sido reemplazados con atomos de fluor, cloro, 0 bromo, 0 con una combinaci6n de estos elementos hal ogeno s. Estos agentes son Hquidos cuando se guardan en tanques presurizados a temperaturas normales, pero la mayo ria de ellos son gases a presion atmosferica y tem­ peraturas noonales. . Los agentes halogenados se pueden usar para aplicar a in­ cendios como se explicaba anteriormente para el dioxido de car­ bona. Por ejemplo. se pueden usar en incendios electricos, en casos donde el agua 0 los quimicos secos podrian causar danos, o para lainj.llldacion de compartimientos congas inerte. Los agenteshalogenados tienendos -ventajas principales sobre el di6xido de carbono:

1. Ciertos agentes halogenados son eficaces en concentracio­ nes volumetricas tan baja;; que queda suficiente oxigeno en el aire para respirar c6modamente despues de la inundaci6n del compartimlento. 2. En ciertos agentes halogenados, la vaporizacion parcial ocurre solamente al comienzo durante Ia proyeccion desde una boquilla, y ellfquido se puede proyectar mas lejos que el dioxido de carbono. Las desventajas de usar agentes hidrogenados tienen que ver con la toxicidad y corrosividad de sus productos de des­ composicion y con el efecto perjudicial que tienen los com­ puestos halogenad03 en la capa de ozono de la tierra. De los diferentes hal ones, el Halon 1301 (bromotrifluoro­

CAPiTULO 4 •

metano) es el mas comunmente usado en la protecd6n contra in­ cendios porque tiene la toxicidad mas baja 10 mismo que la mis alta efectividad basada en e1 peso. Entre los halones muy efi­ cientes, tiene la volatilidad mas alta, 10 que es deseable para apli­ caciones por inundaci6n. Si se necesita un liquido ha16geno para aplicaci6n directa a una superficie incendiada para obtener enfriamiento e inertizar de la region proxima, sin embargo, serfa preferible un halon menos volatil, como el Halon 1211 (bromo­ cloro-difluorometano) 0 Hal6n 2402 (dibromotetrafluoretano). La Tabla 1.4.3 muestra las propiedades fisicas de estos tres halones. Todos sonliquidos a temperaturas normales cuando se guardan en.tanques presurizados.Estosse puedenguar
Propiedad Punto de ebullici6n (0C) Densidad delliquido a 20°C (g/cc) Calor latente de vaporlsacion (JIg) Presion de vapor a 20°C (atm)

Halon 1301 (CFsBr)

Halon 1211 (CF2 CIBr)

Halon 2402 (C 2F4Br2)

-58,00

-4,00

+47,00

1,57

1,83

2,17

117,00

134,00

105,00

14,50

2,50

0,46

TABLA 1.4.4 Proporcionesde vo/umen mfnimas de ha/o­ nes aafre iequeridas a 25"0 para impedir /a combustion de diferentes vapores

Halon 1301 Vapor Hidrogeno Bisulfuro de carbona Etileno Propano n-Hexano Eter Acetona Metano Benceno Etanol

1301/aire

%02

0,290

16,2

0,150 0,130 0,073

18,2 18,5 19,5

0,070 0,059 0,054 0,046 0,045

19,6 19,8 '9,9 20,0 20,0

Hal6n 1211/aire

%02

0,430

14,7

0,114 0,065 0,064

18,8 19,7 19,7

0,054 0,062 0,052

'9,7

Fuente: Calculade de las tabulaciones per Kuckhta 13

19,9 19,9

Teorfa de la extincion del fuego

1-55

giere que una molecula de Halon 1301 es 6,1 (33/5,46) veces mas eficiente que una molecula de dioxido de carbono. Tomar nota, sin embargo, que el peso molecular del Halon 1301 es 149, mientras que el del dioxido de carbono es 44, asf la proporcion de pesos moleculares es de 3,39 (149/44). En con­ secuencia, basado en el peso, el Halon 1301 es solamente 1.8 (6,113,39) veces tan eficiente como el di6xido de carbono en in­ cendios de metano. . La Tabla 1.4.4 muestra que la proporcion de inertizacion de halon necesaria varia un poco dependiendo de la naturaleza del combustible, y se necesita mucho mas halon para incendios de hidrogeno, blsulfutode carbona oetiieflo que para la mayoria de otros combustibles. La Tabla 1.4.4 muestra que el Halon 1301 y el Halon 1211 tienen eficiencia similar basada en volumen para la mayoria de combustibles. Basada en pesos moleculares, una molecula de Ha16n 1211 es I,ll (165,5/149) veces mas pe­ sada que una molecula de Halon 1301. La Tabla 1.4.4 sebasa en experimentos en los cuales se apJica una fuente de ignicion fuerte a una mezcla unifonne de combustible, aire y halon, y se anota la ocurrencia 0 no ocu­ rrencia de propagarse las llamas. Se necesitaria una cantidad algo mas pequefia de hal6n para hacer que una llama existente de un quemador se haga inestable y se extinga; la cantidad de halon necesario dependera de los detalles· del quemador. Las llamas que arden sabre un solido son mas faciles de extinguir. Grant 14 descubrio que las llamas en la mayoria de solidos se podian extinguir can 4 a 6 por ciento par volumen de Halon 1301 en la atmosfera circundante. No obstante, la discusion en la seccion anterior sabre pro­ blemas de la extinci6n de incendios ya establecidos can dioxido de carbona 0 nitrogeno es igualmente valida cuando se usa un agente de halon. A menos que una cantidad suficiente del halon en forma Hquida pueda llegar hasta el asiento del incendio y en­ friar todos los solidos suficientemente, puede presentarse una reignicion despues de que el agente se ha disipado. Si el halon llega al combustible en forma de gas par inundacion del com­ partimiento, entonces no puede haber enfriamiento, y el efecto del halon es extinguir la llama gaseosa sin afectar la pirolisis 0 hicombusfionsinflinilas. . La Tabla 1.4.4 tanibien muestra que la adicion de Halon 1301 0 1211 necesariaen el aire reducira solamente el porcen­ taje de oxfgeno de:21 por ciento 19 por dento para la mayoria de combustibles, mientras'que la cantidad requerida de dioxido de carbono reduciria el niv!:;)l de oxigeno a 140 15 por ciento. Ademas, los efectos fisiologicos del dioxido de carbona en los humanos a la concentra6i6n necesaria para la neutralizacion son mayo res que las del Halon 1301. En afios recientes se ha encontrado que los halones y otros productos quimicos Began hasta la atmosfera superior, donde pa­ rece que actiian como catalizadores para la conversion de ozono, 0 3 , a oxigeno normal, 02' El ozono en 1a atmosfera superior juega un papel valioso en la filtracion de la irradiacion ultravio­ leta lejana del sol, que de otra manera dafiarfa la vida animal y ve­ getal en la superficie de la tierra. La destruccion de la capa de ozono tambien afecta el clima de la tierra. Par 10 tanto, ha habido acciones internacionales con el fill de eliminar la produccion de halones y/o la liberacion de hal ones a la atmosfera. El problema del agotamiento de la capa atmosferica de

a

1-56 SEGC ION 1

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Principios del fuego y ciencia del fuego

20r------------------------------------------------------------------------------, % de Aire

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100· - % de metano - %

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Neutralizante agregado (porcentaJe de volumen)

FIGURA 1.4.6 Limites de combustibi/idad para mezclas de metana y aire can agentes neutralizantes agregados (fuente: kuchta 13)

ozono es un problema que afecta a toda la comunidad mundial, mas que ningful otro. A fmales de 1987, los Estados Unidos y otros 24 paises (incluyendo a la Comllnidad Economica Euro­ pea) fmnaron el Protocolo de Montreal para proteger el ozono estratosferico. Originalmente, el protocolo restringia a 1998 el consumo de CFCs que agotaban el ozono, a su 50 por ciento de los niveles de produccion de 1986. Pero la revision del Proto­ colo de Montreal en Copenhague de noviembre de 1992 acelero esta restriccioIi de manera que toda la produce ion de quimicos terrninara mundialmente el 1C de enero de 1994. El Protocol0 de Montreal se basaba en restricciones co­ merciales sin precedente y fue la primera vez que las naciones del mundo aunaron esfuerzos para eiirrentlifim:famenazaal medio ambiente antiCipandose a los efe?tos establecidos. Las restricciones cOInerciales conciernen alas nacicines que no par­ ticiparon en eI acuerdo (las no fmnantes). Loshalones utilizados en la proteccion tontra incendios te­ presentan solamente una pequena traction del uso total a~tual de hidrocarburos halogenados, que inc1uye n~frigerantes, agentes soplado de plasticos de espumas,disolventes y propelentes de productos de aerosol en latas, como atomizadores de laca para el cabello 0 desodorantes. Para estos usos que no son de incen­ dio, hayfluidos sustitutos disponibles y se esta realizandouna conversion en varios paises. La reglamentacion del Halon 1301 bajo el Protocolo de Montreal ha generado esfuerzos tremendos de investigacion y desarrollo en todo el mundo en busca de reemplazos y altemati­ vas. Durante los anos recientes, se han comercializado varias al­ temativas de inundacion total y agentes limpios para el Halon 1301, y continua el desarrollo de otras. Ademas de alternativas gaseosas limpias de inundacion total, se estan introduciendo nue­ vas tecnologias como niebla de agua y particulas s61idas [mas.

Logicamente, seria muy deseable que los quimicos descu­ brieran un sustituto para el Halon 1301 0 el Halon 1211 que pro­ porcionara cualidades tanto de protecci6n contra incendios como para proteger la respiracion y que no atacara la capa de ozono. En consideracion a esta posibilidad, a continuacion se hace un recuento de los que se conoce sobre por que son tan efi­ caces las moleculas CF3Bry CF2 ClBr. La Figura 1.4.6 muestra un diagrama de limite de inflama­ bilidad metano-aire modificado por varias proporciones volu­ metricas de bromotrifluorometano 0 dioxido de carbono. La enorme diferencia es obvia. Se ha establecido que eldioxido de carbonoactlia absor­ biendo el calor y reduciendo la temperatura de las llamas de mez­ clas estequiometricas decombustible-aire desde aproximadamente 1900°Chasta aproximadamente 1200°Ca1300°C.Por debajode estas temperaturas, la mayoria de llamas ya no puedenarder. Si se Ie anadiera nitrogeno en lugar de dioxido de carbono a una mezclaestequiometrica decombustible-aire, se necesita­ ria un volumen relativamente.-mas alto deagente inerteporque la capacidad de calor de la molecula de nitrogeno es menor que la de la molecula de dioxido de carbono. Similarmente, si se afiadiera argon (el argon tiene una capacidad de calor aun mas baja por moleculal se necesitaria un volumen todavfamls grande de argon para la neutralizati6n. En cada caso, la llama se apagaria cuando la temperatura cayera por debajo de 1200°C a 1300°C. Sin embargo, si se afiadiese un pequeno volumen de bro­ motrifluorometano a la llama, de manera que la temperatura ca­ yesehasta solamente 1500°C, la llama se extinguiria. Obviamente, el mecanismo es diferente. Las reacciones qufmicas principales en las llamas incluyen los .homos libres H yO y el radicallibre OH, los cuales sufren



CAPiTULO

reacciones en cadena con el combustible y el oxigeno. Espe­ ciaJmente, la reacci6n en cadena ramificada H + O 2 ® OH + 0 es muy importante. Se eree que la molecula CF3Br se descom­ pone en la llama para forma HBr, y el HBr entonces acttia para eliminar los atomos H y los radicales OH por las siguientes dos reacciones de combusti6n: RBr + H -+ H2 + Br

y RBr + OH -+ ~O + Br HF y HCl no pueden reaceionar tan rapidamente eon H con oH como puede H~r, cie rnaneJ:aqu~ eJ ,br.omQ.parece,seLesen~ cialpani'la moIecula neutralizante. Se ha descubierto que el yo­ duro de hidr6geno, HI, es tan efectivo como el RBr, pero el yodo es mas eostoso y mas pesado que el bromo y ademas muy t6­ xieo, asi que el yodo no ofrece ninguna ventaja sobre el bromo para la extincion de las llamas. Ademas, de la destrueci6n de eonduetores de cadena, se especula que una contribuci6n se­ cundaria de los halones ala extinci6n de las llamas proviene del alto contenido de hollin en las llamas que contienen halogenos. A mayor contenido de hollin 0 mayor luminosidad de la llama, mayor la perdida de calor radiante y temperatura mas baja. El papel del fluor en los agentes halogenados es doble. Pri­ mero, los Stomos de fluor reemplazan a los atomos de hidr6geno en el metano 0 etano, de alli reduciendo la combustibilidad del agente neutralizante. Segundo, la toxicidad del agente se re­ duce. Por ejemplo, CH3Br es mucho mas toxico que el CF3Br, y de nuevo, el CH 2CIBr es mucho mas t6xieo que el CF2CIBr.

EXTINCION UTILIZANDO AGENTES DE QUIMICOS SECOS Los quirnicos secos ofrecen una altemativaal di6xido de car­ bono 0 los halones para la extincion de incendios sin utilizar agua. Estos polvos, que tienen un tamafio de lOa 75 micrones, son lanzados por un gas inerte. De los cinco tipos de quimicos secos en usa, solamente uno, eLfosfatode monoamonio, es efec­ tivo contra los incendios muy profundos por la formaci6n de una capa de vidriosa de acido fosf6rico sobre 1a superficie combus­ tible. Todas las clases de quimicos secos acruan para suprimir las llamas del incendio. Una razon por la cuallos agentes de qufmicos secos diferentes al fosfato monoamonieo son popula­ res es la corrosion. Cualquier polvoquimicopuede producir cierto grado de corrosi6n u otros danos, pero el fosfato de mo­ noamonio es acidieo y corroe mas rapidamente que otros quf­ micos secos, que son neutros 0 levemente alcalinos. Ademas,la corrosi6n por otros qufmicos secos es detenida por una atmos­ fera moderadamente seca, mientras que el acido fosforico tiene una afinidad tan fuerte con el agua que se necesitaria una at­ mosfera excesivamente seca para detener la corrosi6n. La aplicaci6n de cualquier agente de quimico seeo a incen­ dios electricos es segura para los bomberos, desde el punto de vista del choque. e16ctrico. Sin embargo, estos agentes, espe­ cialmente el fosfato de monoamonio puede danar los equipos electricos. Para el caso especial de incendios en cocinas con aceite de

4.

Teoria de la extincion del fuego

1-57

cocinar caliente, no se recomienda el fosfato de monoamonio porque no forma una eapa de espuma (saponificaci6n) en la su­ perficie del aceite. Es preferible un quimico secoalcalino como el bicarbonato de sodio. La Tabla 1.4.5 relaciona los nombres quimicos, formulas y nombres populares 0 comerciales de varios agentes de qufmicos secos. En cada caso, los particulas de polvo estan revestidas con un agente, como e1 estearato de zinc 0 una silicona, para evitar el aglutinamiento y promover el flujo libre. La eficiencia de cualquiera de estos agentes depende del tamano de las particu­ las: mientras mas pequefias las particulas, menos agente es ne­ ~sar~of,siempre ·~uandolas particulas'searrmaY9res' que 'e1 tamafio critico. 15 Se cree que esto se debe a que el agente debe vaporizarse rapidamente en la llama para que sea eficaz. 16 Sin embargo, sesi utilizara un agente muy fino, seria dificil de dis­ persar y aplicar al incendio. Es difici! comparar con precisi6n la eficiencia de un qui­ mico seco con otro porque la comparaci6n para revelar las dife­ rencias quimlcas requeriria que cada agente tenga tamanos identicos de particulas, 10 que es dificil de lograr. Ademas, los agentes gaseosos se pueden comparar estudiando los limites de combustibilidad de mezc1as uniformes en reposo. Si hubiera partfculas presentes, sin embargo, estas se asentarian a menos que se agitara la mezcla, modificando asf el comportamiento de la combusti6n. Es evidente que los polvos efectivos acruan sobre la llama por alglin me.canismo qufmico, presumiblemente formando es­ pecies volatiles que reaccionan con los atomos de hidrogeno 0 radicales hidroxilos. Sin embargo, no se han establecido frrme­ mente las reacciones precisas. Aunque la accion primaria es pro­ bablemente la eliminaci6n de especies activas, los polvos tambien desalientan la combusti6n al absorber el calor; al blo­ quear la transferencia de energia radiante, y , en el caso de fos­ fato monoamonico, al formar un recubrimiento en la superficie. El agente basado en bicarbonato de potasio, conocido como "Purple K"es apIoximadamente.el doble de eficientelibra por libra que el quimico seco basado en bicarbonato de sodio.

INCENDIOS PROFUNDAMENTE

ARRAIGADOS

Como se mencion6 anteriormente, la combustion puede presenI

TABLA 1.4.5

Agentes qufmicos secas

Nombre Bicarbonato de sodio Cloruro de sodio Bicarbonato de potasio Cloruro de potasio Sulfuro de potasio Fosfato de monoamonio Bicarbonato de urea

+

F6rmula NaHCOs NaCI NHC03 KCI I\zS04 (NH 4)H 2 P0 4

------Nombre comCm

Polvo de hornear Sa! comun "Purple K" "Super K" "Karate Massiv" "ABC" 0 Multiuso "Monnex"

~ --~~-~-

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- - - -... ~.~~.-

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SEGCION 1 II Principios del fuego y ciencia del fuego

tarse sin llama. La extincion de estos incendios generalmente es muy dificiL La aplicacion de agua oespuma a la superficie de un in­ cendio en eombustion sin llama no siempre es eficaz, porque el agua no puede penetrar elinterior caliente donde esta ocurriendo la combustion. El rodear el material en combustion sin llama con un gas inerte 0 un gas halon solamente tendra exito si esta atmosfera se puede mantener porellargo tiempo necesario para que el interior se enfrie. Si el objetoencombustion sin llama se puede sellar por su­ ficientetiempo para evitar el accesodel oxfgeno, la combustion

.eventualmemec.csani.... Sin.cmbargQ,J.os.ga';:es_d.e.lllPjrpJisls.Y de10s ptoductos de la combustion que se formanal interior del material poroso generaran presion, la que tendera a traspasar cualquier sellador que se haya aplicado. Un enfoque pnl.cticQ es sacar el Qbjeto en combustion sin llamas del edificio y ya sea dejarlo quemar afuera, 0 sumergirlQ en agua por un largo tiempo. Si la cQmbustion sin llama Qcurre en una pilagrande al aire Iibre, la extincion generalmente va a requerir cavar en Ia pUa y extinguir el material caliente con agua una vez expuesto. Se ha investigadQ mucho la teona del proceso de cQmbus­ tion sin llama, pero todavia no se ha llegado a nuevas tecnicas practicas de extincion.

CASOS ESPECIALES DE EXTINCION Incendios de Gases Tridimensionales La extincion de un incendio que involucra un gas combustible deflujo cQntinuo es casi siempre muy diflciL La mejor tactica es cortarel flujo de gas. Si se logra la extincion mientras el gas todavia esta fluyendo dentro del edificiQ, entQnces se introduce el peligro de llenar el edificio CQn una mezcla expIosiva de gas. En algunos caSQS, seria preferible dejar que la llama siga ar­ diendQ si nQ se puede detener el flujo del gas cQmbustible. Si no es po sible cortar el suministro de gas, se puede CQm­ batir el incenruQ PQrotr<:lstecnicas:ciiferentes. Un enfoque es atacar la base de la llamacol1~ boquilla de qufmieQ seeo, .0 di6xido de carbonQ, 0 vapQr, .0 hal6n. Cualquiera sea el agente que se use, se debe prQyectar en la misma direccion general del chorrQ 0 plum a del incendio. CuandQ se usa esta tactica, es aconsejable enfriar cualquier metal caliente en la vecindad yretirar desactivar cualquier otra fuente de ignici6n antes de atacar el incendio. De 1.0 contrario, es probable que se presente la reignicion despues de la extinci6n tempQral, y el suministrQ del agente extintQr podna haberseagQ­ tado entQnces.

°

Incendios de Metales Generalmente el agua no es el agente adecuadQ para incendiQs que invQlucran metales porque muchos metales pueden reacciQ­ nar exotermicamente con el agua para formar hidrogeno, el cual, naturalmente, se quema riipidamente. Aderruis, pueden resultar explosiQnes viQlentas de vapQr si el agua penetra el metal de­

rretidQ.!7 Excepcionalmente, se ha logrado la extincion cuando se aplicarQn grandes cantidades :de agua a pequefias cantidades de magnesioincendiadQ, sin haber PQZOS, derrames magnesio derretido. La Tabla 1A.6 relaciQna los agentes extintores usados para diferentes incendios de metales. Generalmente, lQS incendios de metales son dificiles de extinguir PQr las temperaturas extrema­ damente altas y IQS tiempos de enfriamientQ requeridQs. Notese que ciertos metales reaccionan eXQtermicamente con el nitrogenQ; PQr 1.0 tanto, los unicos gases inertes aceptables para estQS metales SQn el heliQ y el NQ se deben usar halQnes . e n lncendios..de metales..

Incendios Quimicos Ademas de los metales, ciertos quimicQs inorganicQs nQ SQn cQmpatibles con el agua. PQr ejemplQ, lQS a1calis 0 carburos te­ rrQSQS a1calinQs, de lQS cuales el mas conQcidQ es el carburo de calciQ, reaccionan con el agua para fonnar acetileno, que es al­ tamente inflamable. El hidruro de litio, hidruro de sodiQ, .0 hi­ drurode aluminio reacciQnan CQn el agua para prQducir hidrogeno. Los peroxidos de sodiQ, potasio, bariQ, y estronciQ reaccionan eXQtennicamente con el agua. Las sales de cianurQ

TABLA 1.4.6 Agentes extintores de incendios de metales Agente

Polvos "Pyrene" G-1 or "MetaIGuard" "Met-L-X" Foundry flux "Lith-X" "Pyromet" "T:E.G." Arena seca Gloruro de sodio Geniza de soda Gloruro de litio Silicato de zirconio

Uquidos "TMB" Gases Trifluoruro de boro Tricloruro de boro Helio Arg6n Nitr6geno

Fuente: ProkQPQvitsh 17

Ingredientes principales

Usados para

Goque grafitizado + fosfato organico

Mg,AI, U, Na,K

NaGl + Ga3 (P04h Gloruros mixtos + fluoruros Grafito + aditivos (NH 4hH(P04) + NaGI KGI + NaCI + BaGI2 Si02 NaCI Na2G03 LiCI ZrSi04

Na Mg

I

Trimethoxiboroxino

BF3 BCI 3 He Ar N2

Li, Mg, Zr, Na Na, Ga, Zr, 0, Mg,AI Mg, Na, K Various Na,K Na,K Li

Li Mg, Zr, 0 Mg Mg Cualquier metal Cualquier metal Na,K

CAPiTULO 4 •

reaccionan con agua acidificada para fonnar un gas muy t6xico, cianuro de hidr6geno. Aunque estos productos quimicos no fue­ sen combustibles, podrian estar empacados en cajas combusti­ bles y pOI 10 tanto involucrarse en un incendio 0 podrian estar almacenados en estantes sobre elementos combustibles. Ciertos per6xidos organicos usados como catalizadores de polimerizacion en la fabricacion de plasticos son tan inestables que hay que almacenarlos en refugeracion para evitar el calen­ tamiento exotennico. Si se aplicara agua a temperatura am­ biente nonnal, esta aportaria calor al per6xido y provocaria su descomposici6n exotennica. -Un problema aelaaplicaeioilde "agiia jnncendiosdequl­ micos t6xicoB, como los pesticidas, esta relacionado con el es­ cape de agua contaminada, que podna causar contaminacion de las aguas subterraneas. En casos donde no hay otro agente dis­ ponible 0 practico sino agua, la linica alternativa sena usar la cantidad minima posible de agua 0 dejar que el edificio se queme, produciendo as] contaminacion con el viento si es in­ cendio no destruye completamente los qufmicos toxicos.

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Teoria de la extinci6n del fuego

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and

I

Robert Zalosh

I Random House Dictionary ofthe English Language de­ fine explosion como un expansion violenta 0 estallido .-, -cGJn··rnioo7· 1.R eXiJaBsion-vioientase,tlebe·a-la4ioofOOion . repentina de energia 0 una transfonnaci on de la energia que pro­ duce una region de alta presion y/o temperatura, la cual se pro­ paga desde su origen como una onda de fragmentacion. Por 10 tanto, una definicion mas cientifica de explosion sena una libe­ racion repentina y rapida de energia que produce presiones po­ tencia/mente daninas. Una fonna de clasificar los vanos tipos de explosiones es en tenninos de la fuente de energfa. Los profesionales de la pro­ teccion contra incendio estan familiarizados con las fuentes de energfa de combustion que causan explosiones de gases y ex­ plosiones de polvo cuando elcombustible y el aire son premez­ clados y confinados antes de arder . Otras fuentes de energia que pueden ser liberadas 0 trasfonnadas 10 suficientemente nipido para producir explosiones son los explosivos en fase con den­ sada, reacciones quimicas diferentes a la combustion, energia nuclear, energia potencial debido a la compresion, y la vapori­ zacion extremadamente rap ida. Este capitulo discute la natura­ leza fundamental de varios tipos de explosiones, empezando con una breve vision general de las energias liberadas y las presio­ nes maximas asociadas que producen. Tambien se incluye una discusion general de las ondas de explosion y los fragmentos primarios y secundarios.

E

PRINCIPIO FUNDAMENTALES DE

LAS EXPLOSIONES

La cantidad de energia liberada detennina la fuerza de la onda explosiva, es decir, la perturbacion de la presion, a una distan­ cia dada,lejos dellugar de liberacion de energia. El pica de pre­ sion (presion maxima) en ellugar de la explosion depende de la energia liberada por unidad de volumen. Sin embargo, la com­ prension completa tanto del dana potencial como de las dife­ rentes altemativas de proteccion tambien requieren conocer el tiempo de duracion aproximado de la liberacion de energia. Por 10 tanto, es util caracterizar los diferentes tipos de explosiones en tenninos de sus picos de presion, energias liberadas y dura­ cion de la liberacion de energfa.

Robert Zalosh es profesor de ingenieria de protecci6n contra in­ cendios en el Worcester Polytechnic Institute de Worcester, Massachu­ setts, y consultor con experiencia en asuntos de incendios industriales yexplosiones e investigaci6n de incidentes.

1-61

100 Exploslones de nubes de vapor

10

----~,)

1Li__~__L-~__- L_ _~~~ 1E-6 1E-6

1 E-4

1E-3

1E-2

1E-1

--­

1E+o

Escala(s) de tiempo de liberaci6n de energia

FIGURA 1.5.1 Escalas de presiones mfvdmas y tiempos de Jiberacion de energfa en diferentes tipos de exp/osiones

Picas de Presion,Energia, y Duracion de Liberacion de Energia La 1.5.1 muestra una grafica aproximada de los picos de presion y tiempos de liberacion de energia en varios tipos de ex­ plosiones. Las explosiones nucleares liberan, con mucho, una cantidad mayor de energia por unidad de volumen, y por 10 tanto generan los picos· de presion mas altos, los cua]es estan en el orden de mucbos rnillones de libras por pulgada cuadrada (psi). Esta presion se genera dentro de una mi1lonesima de segundo (microsegundo) mientras los productos de la fision 0 fusion y los desechos en expansion ~ la bomba comprimen y calientan el aire en ellugar de la liberaci6n.! Explosivos en Fase Condensada. Los explosivos en fase con­ densada para uso rnilitar 0 comercial se dividen generalmente en dos categonas: explosivos de alto poder 0 explosivos de bajo poder. Los explosivos de alto poder tienden a detonar, es decir, a tener.una velocidad de reaccion de propagacion mayor que la velocidad del sonido en e1 material reactivo. Los explosivos de alto poder pueden generar picos de presion del orden de 104 a 106 psi. La escala de tiempo de liberacion de energia para un ex­ plosivo de alto poder es igual a 1a longitud del material explo­ sivo dividida entre su velocidad de detonaci6n. Por ejemplo, la velocidad de propagacion de detonaci6n para la dinamita es

1-62 SECCION 1 •

Prineipios del fuego yciencia del fuego

aproxiJ'naqaIJ;lente 4,900m/s. (16,(l00 pies/scg\.Uldo), de manera

que uriab~rr~delpie de 16ngitlid libera su energia en 1/J6 de mi­

es aproximadameme igual a 335 mls si la concentracion de com­ bustiblees pequefia comparada con laconcentraci6n de. aire.) Los picos de presion y la fOJll;J.aqeCarga depresion-tiempo son fundlimelltaln1ente diferentes para deflagracionesy detonacio­ nes. Mas adelante en este capitulo se discuten separadamente las deflagraciones y detonaciones. Por ahora, es suficiente dedr que los picos de presion producidos en las detonaciones son por 10 menos dos veces mayores que en las deflagraciones, y la es­ cala de tiempo es con frecuencia por 10 menos de un orden de magnitud menor, como se indica en la Figura 1.5.2 Las presiones generadas en deflagraciones de polvo 0 gas en edificios son con frecuencia del orden de 1 psig, porque la

liseg\.Uldo (ms). Las velocidades de detonacion de otros explo­ sivos de alto poder estan en el orden de 2,000 a8,200m/s. 2 Los explosivos de bajo poder tienden a deflagrar, es decir, a tener una velocidad de reaccion de propagacion menor que la velocidad del sonido en el material de reaccion. Las velocida­ des reales pueden variar desde centenares de metros entre se­ gundo hasta milimetros entre hora.} Los picos de presion producidos par explosivos de bajo poder son de ordenes de mag­ nitud men ores que las de los explosiv~s de alto poder. El sistema de clasificacionactual de explosivos UN/U.S. .bOOT consiste en seis"categorlas, dependiendo-desupropension .... ···mayoria·de~Tas~eS1.ruciillas~·deedTfrC1Qaall.ana-preslones-deese orden de magnitud. La falla estructural, ya sea planeada (ven­ a detonar en su totalidad y su susceptibilidad a iniciacion acci­ dental (NFPA 495). Los procedimientos normalizados de teo de ladeflagracion) 0 no planeada,libera los gases en cerra­ prueba y clasificacion se describen en 49 CFR, Part 173,57. dos quemados y sin quemar y generalmente evita la elevacion ulterior de presion aunque el combustible siga quemandose. Las Las energfas liberadas por explosiv~s de fase condensada y deflagraciones en equipos de proceso con frecuencia producen las armas militares se mencionan con frecuencia en terminos de mayores presiones que en los edificios porque los equipos pue­ peso equivalente al ruT (trinitrotolueno). Un kilogramo de ruT tiene una energfa explosiva de 4,2 X 106 Joules (1), de ma­ den soportar presiones mas altas antes de fallar y porque existe nera que un kiloton de ruT equivale a 4,2 x 106 kJ. La mayo­ mayor probabilidad de que haya un mezcIa inflamable dentro rfa de los explosivos de fase condensada tienen una energia del volumen encerrado. La escala de tiempo de liberaci6n de energia se muestra menor para los que en edificios, porque los explosiva por unidad de masa similar a la del Th1. Por ejem­ plo, la energia explosiva de la pentolita (50/50) es 5,1 x 106 J/kg, volumenes mas pequefios permiten mayores velocidades de au­ Y la del RDX es5,4 X 10 6 J/kg. El equivalente de TNT para la mento de presi6n. pentolita es 5,114,2 = 1,2 kg-pentolita/kg-TNT, y el de RDX es 5,4/4,2 1,3 kg-RDX/kg-ruT. 2,4 Explosiones de Nubes de Vapor. Lasexplosiones de nubes de La explosion de un recipiente de presion libera su energia vapor son deflagraciones extemas de nubes muy grandes de gas de compresion en el tiempo que se toma en propagarse una falla o vapor inflamables en un area muy obstruida 0 parcialmente con­ de suficiente tamafio para permitir que el cuerpo de metal se finada. Los picos de presi6n en las explosiones de nubesde vapor rompa. Esto generalmente esta en el orden de 10 ms, El pico son del mismo orden de magnitud que las deflagraciones en edi­ de presion es aproximadamente igual a la presion del recipiente ficios, pero los tiempos de liberaci6n de energia generalmente son en e1 momento de romperse, Ph' La energia de expansion iso­ mas largos porque las nubes inflamables son usualmente mucho mas grandes que las que se forman dentro de los edificios. entropica, Ebu:rst, para el gas idealliberado durante e1 estallido del recipiente es 4 E burst

= (lJ, - PaW 'Y - 1

Ondas de Explosi6n (1)

donde

Pb presion del recipiente al momenta de reventar

presi6n del aire ambiental (1 atm6sfera 14,7 psia = 101 kPaa nivel del mar) V = volumen del recipiente Y= relacion de los calores especfficos del gas en e redpiente 1,4 para el aire)

Las alteraciones 0 pertlJIbacionesdepresion que se propagan en la atmosfera alej!ndose deli! region de liberacion de energia se llaman ondas de explosion. La propagacion de una onda de ex-

I

Usando la ecuacion 1, se puede calcular la energia del estallido para un recipiente de 10m3 que se rompe aillenarse con aire a una presion de 1000 psia (6890 kPa). Al nivel del mar, (Pb -Pa) 6890 - 101 = 6789 kPa. Para un recipiente Ileno de aire, (g- 1) = 1,4-1 0,4. Porlo tanto, 6789 x 10J Pa)(10m3)/0,4 172 X 106 J, que equivale a 172/4,2 41 kg (90 lb.) de TNT. Explosiones de Gas. Las explosiones de gas pueden ser defla­ graciones 0 detonaciones, dependiendo de si la velocidad de las llamas es menor 0 mayor que la velocidad del sonido en la mez­ cIa de combustible y aire sin quemar. (La velocidad del sonido

~~~~

..........

~~--~-~-.



Distancia de la explosi6n

FIGURA 1.5.2 Propagacion de la onda de explosion alejandose del lugar de detonacion

CAPiTULO 5 •

Explosiones

1-63

Impulso especifieo positlvo, is impulso especifico negativ~,

Ambiente, Po _

I;;

fA

Duraci6n de la

'-p,-

lase negaUva

llempo despues de la explosion

FIGURA 1.5.3 Variaci6n presi6n-tiempo para una onda de explosi6n de campo lejano (Fuente: dod tms5-1300)

plosion, que se inicia como una onda de detonacion se muestra en la Figura I.S.2 como una serie de perfiles de presion versus distancia a seis tiempos diferentes. En todos los seis perfiles, una onda de choque (aumento repentino discontinuo de presion) OCUlTe como el frente de la onda de presion, y la presion se re­ duce det:ras de la onda de .choque. A medida que la onda de ex­ plosion se propaga alejandose dellugar de liberacion de energia, la amplitud de la onda de choque decrese, y la duracion de la al­ teracion de presion se incrementa. Eventualmente desaITolla una onda de forma caracteristica N al tiempo t 6, es decir,en es­ pacios alejados a grandes distancias del sitio de la explosion. Los parametros usados para c1asificar las ondas de explo­ sion en espacios alejados estan sefialados en la Figura 1.S.3. La amplitudde la onda de choque se designa como Pso, yel area entre la curva de presion yla.presion ambiental, Po,y denomina impulso especifico, is. Como hay una parte de la onda de explo­ sion en lacuallaspresiones son menores que Po. hay un impulso positivo especifico y un impulso especffico negativo. El poten­ cial dedafio y lesioues de la ol1dade explosiondependede las magnitudes de la presion de choque, pso. y el valo~ positivo is Di­ ferentes correlaciones y modelos te6ricos de ondas de explosion ideales (prodllcidas a partir de puntos instantaneos de liberacion de energfa) han demostrado que.el Pso se puede estar correla­ cionado con una esc ala energfa-distancia de la siguiente manera:

o donde = distancia del sitio de la explosion z E = energia de la onda de explosion WTNT = peso equivalente de TNT para la misma energfa de onda de explosion La Figura 1.5.4 muestra las correlaciones entre P so y

z/

wiJr y entre is Yz / W~T (en pies/lb 1!3) para una explosion en

fase condensada a nivel del suelo. El criterio para daft6s y lesiones por onda de explosion ge­ neralmente involucra consideraciones tanto de la presion (Pso ) como del impulso (is). Sin embargo, a gran des distancias del shio de la explosion, el impulso generalmente es suficiente­ mente grande para que el dana estructural dependa principal­ mente del P so . La Tabla 1.S.1 muestra las consecuencias de los valores representativos de sobrepresion y la escala asociando TNT equivalente-distancia. La escala de distancias en la Tabla 1.S.1 se desarrollaron a partir de correlaciones de explosiones a diferentes altitudes y de las ondas de presion de explosion del incidente en varios tipos de objetivos relacionados en la tabla. Una complicacion del uso de estos datos es que las explosiones a nivel del suelo producen ondas hemisfericas de expansion de explosion, mientras que las explosiones elevadas producen oudas esfericas de expansion de explosi6n que se reflejan en el del suelo. Laforma usual de con­ tabilizar el efecto de reflexion es usando el doble de la energia de la onda de explosion al aplicar las correlaciones para expan­ sion de ondas de explosi6n a las explosiones a nivel del suelo. Esta duplicacion de la energia de la onda de explosi6n se nece­ sitaria para usar lasdistancias a escala de la Tabla 1.5.1, mien­ tras que las correlaciones en la Figura I.S.4 no necesitan correcciones porq).le vienerl directamente de explosiones a nivel del suelo. Consideremos el caso anterior del estallido de un recipiente a presion de 10m3 como ejemplo de comousar la Tabla 1.5.1 y la Figura 1.5.4. Supongamos que queremos encontrar la distan­ cia desde el recipiente hasta ellugar donde Pso seria 1 psig; en otras palabras, la distancia de la onda de explosi6n donde derri­ baria al personal, los vidrios de las ventanas rotos, y doblaria ta­ bleros de metal delgado, segUn la Tabla 1.5.1. Si usamos la escala de distancias de la Tabla I.S.1 de 44 pies/kgW, la distan­ cia de la oIlda de explosion se calcula como sigue: (44 pies/kg li3 )(2

* 41

kg)1I3

191 pies

-~

.. ~~~~.-~--~~-

.~-~--~---~--.----

1-64

... -~.--~-~~-~---.~---~--~~~-.---~~-.... --~.. ~-------~--....--~-~---

SECCION 1 •

TABLA 1.5.1

-

..

--- ...•

-----~~-

... ~--~------... ----~-- ...- - - -.. -~--

Principios del fuego y ciencia del fuego

Constantes y consecuencias de sobrepresion de exp/osivos altos

Distancia a escala

Sobrepresion Consecuencias

3000-890 420-200 200-100 82-41 44-32 44-28 44-24 28':':20 20-16 20-16 16-12 16-12 11-10 15-9 14-11 14-11 6,7-4,5 3,8-2,7 2,4-1,9

0,01--0,04 0,1--0,2 0,2--0,4 0,5-1,1 1,0-1,5 1,0-1,8 1,0-2,2 ~1,a:-2,9

2,9-4,4 2,9-4,4 4,4-7,3 4,4-7,3 10,2-11,6 5,1-14,5 5,8-8,7 5,8-8,7 29,0-72,5 102-218 290-435

Dano minima a los paneles de vidrio

Ruptura tipica de vidrios de ventanas

Sobrepresion minima para dana por desechos y proyectiles

Ventanas rotas, acabados agrietados, danos menores a algunos edificios

Personal derribado

Paneles de lamina de metal doblados

Falla de divisiones de madera en casas convencionales

- -···-Falla:deparedesaebToquesaecbncfet6bdecemento·yladfili b Colapso de edificios de estructura losa-columna Ruptura de tanques de deposito de aceite Ruptura de postes de servicios pOblicos Dano grave a edificios con estructura de acero Probable destrucci6n total de la mayoria de edificios RotuT'a del timpano de losimpano de los oidos Dano grave a estructuras de concreto arm ado Vagones de ferrocarril volcados Dano a los pulmones Letal Formaci6n de crater en suelo tipo promedio

Fuente: Referencia 6

Por 10 tanto, la distancia sena aproximadamente 200 pies en ambos casos. Sin embargo, si se esta evaluando el dano poten­ cial por explosion para una superficie estructural que se en­ cuentra directamente frente a la explosion, se tendriaque tener en cuenta las presiones de onda de explosion reflejadas. La re­ lacion de onda de explosion reflejada a presion del incidente es aproximadamente de 2 para los val ores de Pso men ores de 2 psig aproximadamente. Asi, si personas 0 estructuras estan de frente a un recipiente a presion en e1 momento de su ruptura, los efectoscorrespondientespodrian experimentarse aun valor de Pso tan bajo como 0,5 psig, equivalente a una distancia referida al TNT equivalente de 82pieslkg 1l3 segUn la Tabla 1.5.1.

1000

100

10

Fragmentos Primarios y Secundarios

10

100

Distancia escalada. Zg. pies/lb113

FIGURA 1.5.4 Disminuci6n de /a presion de fa onda de explosi6n e impulso especffico con distancia dellugar de /a explosion (Fuente: referencia 5)

Si usamos la cprrelaci6nde Pso ·de la Figura 1.5.4ligera~ mente extrapoTada hasta 1 psig, las distancia calculada es

(45 pies/kg !l3)(90 lb) 1/3

202 pies

Las victimasde explosiones generalmente son causadas por fragmentos deproyectiles, ya sea del contenedor que explota (fragmentos primarios) 0 de fstrllcturas daiiadas pOI laonda de explosion (fragmentos secundarios). La fragmentacion de un contenedor 0 recipiente que explota depende del tipo de conte­ nedor 0 carcasa explosiva, y generalmente de enfoca por medio del analisis estadistico de la informacion de pruebas y del acci­ dente. Los explos:vos de alto poder y annas generalmente pro­ ducen un gran numero de fragmentos de carcasa, mientras que los estallidos de recipientes a presion producen relativamente pocos fragmentos, pero de mayor tamano. Las correlaciones es­ tadisticas de fragmentos primarios para explosivos de fase con­ densa4a son descritas pOI Baker y otros. 7 Los ca1culos de explosiones de recipientes a presion consisten en estimar pri­ mere e1 numero y tamafio de los fragmentos y usar despues los resultados del calculo de proyectilespara determinar cuan lejos

CAPiTULO 5 •

pueden volar los fragmentos. Este procedimiento se explica en la Referencias 7 y 8. Las distancias de proyeccion rle fragmentosprimarios de­ terminan con frecuencia la distancia segura de un recipiente a presion expuesto a un incendio. Las correlaciones mostradas en 1a Guidelines for Consequence Analysis demuestran que apro­ ximadamente 80 par ciento de los fragmentos de BLEVE (ex­ plosion de vapor con expansion de liquido en ebullici6n) de Gas LP aterrizan aproximadamente dentro de los 1000 pies de dis­ tancia del recipiente; sin embargo, un fragmento en un incidente en Ciudad de Mexico viajo aproximadamente 3000 pies. En el <:asode ·Fecipi~ntes£i1fndrkos- horizontales,-se-proyectan-mas fragmentos en direccion axial que en direccion lateral, pero los que responden a 1a emergencia benen que tener cuidado del pe­ ligro de los fragmentos en todas direcciones. Dos bomberos vo­ luntarios en Iowa murieron en 1998 cuando estaban aproximadamente a 100 pies dellado de un recipiente de Gas LP que eventualmente fallo en forma de BLEVE y proyecto frag­ mentos en todos direcciones. 9 Los peligros de fragmentos secundarios se han documen­ tado y generalizado par medio de analisis de dafios y muertes en grandes explosiones. Oswald y otros 10 realizaron estos anaIisis en cinco edificios dafiados por explosion de la bomba en la ciu­ dad de Oklahoma en 1995. La explosion de 4000 libras de ni­ trato de amonio y aceite combustible en ese incidente tenia un equivalente estimado de 3400 libras de TNT. Utilizando datos de ese y otros incidentes, Oswald y otros desarrollaronuna co­ rrelacion del porcentaje de ocupantes del edificio que se espe­ raba sufrieran lesiones mortales por los proyectiles de fragmentos de vidrio, del techo dafiado del edificio, y de las pa­ redes dafiadas. La implementaci6n del modele Oswald y otros requiere calcular el impulso de la onda de explosi6n en ellugar del edificio expuesto, as! como, las especificaciones del tipo de construccion de paredes y techo.

TIPOS DE EXPlOSIONES

Explosiones

1-65

Pm = presion desarrollada al completarse una deflagracion de recipiente cerrado Po presion inicial en cl recinto nb = numero de moles de gas quemado al completarse la de­ flagraci6n no numero de moles de la mezc1a gas-aire inicialmente en el recinto Tb = temperatura del gas quemado al completarse la defla­ gracion temperatura inicial de la mez_c._la_~.;::.... _..~ ....~.. Se pueden obtener calculos conservadores de temperatura y composicion del gas quemado suponiendo que no hay perdida de calor de las llamas hacia las paredes del recinto. Asumiendo que no hay perdida de calor 0 ventilacion, existen varios codi­ gos computarizados disponibles para calcular la temperatura, composici6n y presion del gas quemado al completarse 1a de­ flagracion. Los calculos obtenidos con el cOdigo STANJAN se muestran en la Figura 1.5.5 para presiones de deflagracion de re­ cipientes cerrados con mezc1as de metano-aire, propano-aire e hidrogeno-aire de diferentes concentraciones. La concentracion de combustible usada en la Figura 1.5.5 es la relacion equiva­ lente, definida como proporcion combustible-aire dividida por la proporcion estequiometrica combustible-aire. En terminos de la fraccion de volumen de combustible, x, Iarelacion de equiva­ lencia es igua1 a donde xst es la fraccion de volumen estequio­ metrico del combustible. La fraccion de volumen estequiometrico de combustible para metano-aire es 0,095, para propano-aire 0,040 y para hidrogeno-aire 0,296. Las presiones maximas para cada gas inflamable ocurren a relaciones de equi­ valencia en el rango de 1.1 a ] .2, es decir, a concentraciones li­ geramente mas ricas que las concentraciones estequiometricas. Estas presiones de deflagracion en condiciones mas desfavora­ bles estan en el rango de 8 a 9,6 atm absolutas (118 a 140 psia) para una presion inicial de 1 atm, es decir larelacionP"IPoes de 8 a 9,6. Mediciones experimentales de presiones en deflagra­ ciones d~ recipientes cerrados concuerdan con la valores teori-

Deflagraciones de Gases y Vaporeslnflarnables La ignicionde una.mezcla de gas-aire generalmente produce una deflagracion, es decir, una propagacion de llamas a velocidad subsonica que se aleja de11ugar de la ignicion, La presion desa~ rrollada en el espacio encerrado depende de la velocidad propa­ gacion de las llamas, la temperatura y composicion del gas incendiado, el tamafio y localizacion de las areas de desfogue 0 vente~. Si la llama se ha propagado por un recinto sin ventila­ cion,la relaci6n de presion de deflagracion a la presion inicial en el recinto se puede obtener por una ecuaci6n de los gases ideales aplicada postdeflagracion y predeflagracion de la mezclas de gas y aire, ambas ocupando el mismo volumen de recinto. Asi,

(2) donde

Presiones de Deflagraciiin de Recipientes Cerrados 10~------------------------------

5~-----------------------------4ULull-UilLull~~~~LU~UU~~~

o

0.2

0.4

0.6 O.S 1.2 1.4 Relaci6n de equivalencia

i.6

1.8

FIGURA 1,5,5 Presiones calculadas adiabaticamente, volumen constante, calculadas como una funcion de relacion de equivalencia.

a

1-66 SEGCION 1 •

Principios del fuego y ciencia del fuego

cos de Pm a concentraciones cercanas a las estequiometricas, pero son mucho mellores que los valores te6ricos a con centra­ ciones cercanas allimite alto y limite bajo de inflamabilidad de­ bido a la propagaci611 incompleta de las llamas y perdidas de calor para mezclas poco inflamables. Relaciones similares de presi6n P,IPo ocurren en ciones de recipientes cerrados que comienzan a otras presiones iniciales. Un ejemplo de deflagraci6n que comienza Ii una pre­ sion inicial mas baja es la explosi6n del Tanque Central del Ala que ocurrio durante el Vuelo 800 de n\CA. el 17 de julio de 1996. EI vapor inflamable en el Tanque Central del Ala del Boeing 747 se_origin6~nll!lape.gue.fla_cantidad de combusti1:Jle. JetAell el tanque. AunqueJa composici6ndeiJet Aes cornplicada, mu­ chos de los constituyentes vohitiles tienen temperaturas de flama y presiones de deflagracion simi lares a las del metano y el pro­ pano. Confonne el combustible.se calentaba por el equipo de aire acondicionado debajo del tanque central del ala y la presion parcial del aue del tanque se reducia cuando el Boeing 747 se elevaba despues del despegue, la relacion de equivalencia com­ bustible-aire aumento hasta el nivel inflamable. La ignicion se present6 a una altitud de 14000 pies, donde la presi6n ambien­ tal es 0,585 bar (8,6 psia). Una relacion de presion de defla­ gracion de 6 a esa presion inicial corresponderia a Pm de 6 (8,6 psia) = 52 psia, y Pm - Po 43 psi. Esta diferencia de presi6n era significativamente mayor que la resistencia de las estructu­ ras del tanque central del ala, provo cando la desintegraci6n ma­ siva del Boeing 747. La velocidad de incremento de presion en una deflagracion de gas 0 vapor es un factor crucial para detenninar la efectivi­ dad de las medidas de protecci6n tales como el venteo de la de­ flagraci6n y la supresi6n. Las velocidades de las llamas, el volumen encerrado, y el valor de son los parametros prima­ rios que controlan la velocidad de aumento de presion. Los mo­ delos teoricos descritos en el capitulo sobre proteccion contra explosiones del Manual de Ingenieria de Proteccion contra In­ cendios de SFPEll permiten calcular el aumento transitorio de con una velocidad presi6n para cualquier mezcla de gas y de combustion couocida(velocidad de propagaci6nde las lla­ mas en relaci6n con la velocidad de gas sin quemar). Historias de presion calculada para tres juegos diferentes de condiciones se muestran en la Figura 1.5.6. Durante las etapas iniciales de la deflagraci6n, el incremento de presi6n varia como (Sut/a)3, donde Su es la velocidad de combusti6n de la mezcla y a es el radio de unaesfera con dmismo volumen que el del volumen confinado. Las velocidades de combustion de 45 cm/s y 300 cm/s usadas para los caIculos representan velocidades laminares de combusti6n para mezc1as, cercanas al valor estequimetrico, de propano-aire y de hidrogeno y aire respectivamente. Las ve­ locidades de flama son significativamente mayores que las ve­ locidades de combusti6n, porque las primeras inc1uyen la velocidad del gas sin arder al ser comprimido por los gases que­ mados en expansion detras del frente de flama. La curva en la Figura 1.5.6 para un espacio confinadode i metro de radio que contiene una mezcla de gas y aire con una ve­ locidad de combustion de 45 cm/s muestra la elevacion de pre­ sion a 2 en aproximadamente 0,2 segundos. Si el umbral de dana para dicho espacio es de 2 psig, el venteD de la deflagra­ ci6n 0 la supresion deberian actuar dentro de los 0,2 segundos

radio de 1 m, velocidad de combustion de 45 cm/s. radio de 0,5 m, velocidad de combustion de 45 em/s. radio de 1 m, velocidad de combustion de 300 em/s.

20 18

16

I

I I I

I I I I I

I

14

I

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0; 12 'iii

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4

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0.1

0.2

0.3

0.4

Jiempo (s)

FIGURA 1.5.6 Presion calculada versus tiempo durante las etapas iniciales de tres defiagraciones diferentes.

de la ignici6n para evitar el dafio en este caso. La presi6n desa­ rrollada en una deflagraci6n ventilada 0 suprimida se designa como P red' Los metodos y guias para determinar el Pred se dis­ cuten en otra parte de este Manual, y en la NFPA 68, Guia para Vimteos de Dejlagraciones, y NFPA 69, Norma sobre Sistemas de Prevencion de Explosiones. Si la presion de deflagracion hace que e1 recinto se abra (ya sea por venteo de deflagraci6n 0 falla estructural), una onda de explosi6n va a ejercer cargas de presi6n en las estructuras adya­ centes. Las ondas de explosi6n emitidas por deflagraciones ven­ teadas son muy diferentes a las de explosiv~s de fase condensada y explosiones de recipientes a presi6n que se discu­ tieron al comienzo. La energia de la onda de explosion es difi­ cil de defmir y localizar porque.Ja energia de :combustion se libera tanto dentro como fuera del espaciocqI;lfinado;·· Las co­ rrelaciones discutidas por Forcier y Zalosh12 indican que lapre­ si6n de la onda de explosion es proporcional al Precld, donde d es la distancia de la liena visual desde el del recinto.

Detonaciones de Gases Una detonaci6n es una explosi6n en la cuallas llamas se prop a­ gan a velocidades supersonicas por el combustible sin quemar. Las detonaciones son fundamentalmente diferentes a las defla­ graciones de recipientes cerrados descritas en la seccion anterior de este capitulo. Como las llamas en una deflagracion se propa­ gan a velocidades mucho mas bajas que la velocidad del sonido, mientras 'que las perturbaciones de la presi6n se propagan a la ve­ locidad del sonido, el aumento de presi6n durante una deflagra­ cion ocurre virtualmellte de manera uniforme en todo el espacio confinado a medida que la explosion evoluciona. En contraste, el aumento de presi6n durante una detonacion es muy desigual y ocurre virtualmente de fonna instantanea cuando la onda de ex­

CAPITULO 5 •

plosion se propaga por la mezcIa de gas yaire. Si la velocidad de la flama es un poco menor que la velocidad de sonido, de ma­ nera que el aumento de presion es desigual pero no se presentan ondas de choque, la explosion se llama cuasi-detonacion. El significado practico de esta diferencia fundamental entre detonaciones y deflagraciones es que requieren diferentes enfo­ ques para la proteccion contra explosiones. El aumento de pre­ sion repentino, espacialmente desigual durante una detonacion o cuasi-detonacion evita el uso de sistemas de venteD de explo­ sion 0 sistemas de supresi6n. Ademas,los altos picos y corta du­ racion de las cargas de presion detonante, merecen consideraciones especiales en la evaluaci6n de la resistencia es­ -troctural.'Metodos"j5ata·'aiialisis falsef1ode-estruCt:ill~-~~si;~ .' tentes a detonaciones se discuten en la Referencia 5. Los picas de presion durante una detonaci6n se pueden calcular por la teoria clasica Chapman-louguet, la cual es una combinacion de ecuaciones de equilibrio termoquimico y ecuaciones de con­ servacion de la dinamica de los gases a traves del frente de de­ tonacion. La Figura 1.5.7 muestra las presiones de detonacion ca1culadas como funcion de concentraci6n del combustible para siete gases inflamables diferentes. La expresion es una buena aproximacion a la presion de detonacion Chapman-louguet, es decir dos veces la presion de deflagracion de un recipiente ce­ rrado. E5ta aproximacion represente una alternativa mas senci­ lla a la teoria Chapman-louguet para calcular presiones de detonacion. Como seindica en la Figura 1.5.7,Pcj para una mez­ cIa de gas y airecasi-estequiometrica, inicialmente a presion at­ mosferica esta dentro del margen de 16 a 20 atm6sferas. Las diferentes cargas de presion durante deflagraciones y detonaciones producen modos caracteristicos de falla diferentes para equipos y estructuras. Las cargas de presion mas lentas en las deflagraciones generalmente hacen que los met ales ductiles fallen pandeandose y estin'mdose. Las cargas impulsivas nipi­ das en las detonaciones causan fracturas agudas en las estructu­ ras de metal, plastico y madera. Fotografias de los patrones de fractura en los fragment os de un recipiente reactor estan incluidos en el documentode Jacobs y otros que describe la de­ tonacion que destruyo una gran unidad de refineria de petroleo en Indiana. 13 l.CuaI ~slaprobabilidadde que.ocurra una detonaci6n en lugar de una deflagracion?' La mayoria de explosiones acciden­ tales SOli deflagraciones. Sin embargo, pueden ocurrir detona­ ciones en mezCIas de gases il1uy iriflamables, 5i hay umtfuente de ignici6n excepcionalniente poderosa 0 grande (por ejemplo, la igriicion de una flama en jet), una geometria muy alargada, 0 un nivel excepcionalmente alto de turbulencia para promover 1a aceleracion de las llamas. En caso de una fuente de ignici6n debil (tfpicamente acci­ dental) en una tuberia 0 algun encerramiento alargado, la dis­ tancia de transici6n de deflagraci6n a detonacion (DDT) depende de los siguientes panimetros:

Explosiones

1-67

• Diametro del cerramiento 0 de fa tube ria. A mayor dia­ metro del cerramiento 0 tuberia, mas corta sera la transici6n a DDT. • Presion y temperatura iniciales. A mas alta temperatura y presion llliciales, mas corta sera la transici6n a DDT. • ,Grado de turbulencia inicial. A mayor turbulencia 0 velo­ cidad illIciaI del gas enel cerramiento, mas corta sera la transicion a DDT.

Metano

% de combustible en volumen

FIGURA 1.5.7 Presiones de detonacion por chapman­ jouguet

En ausencia de obstrucciones y turbulencia inicial, los datos evaluados en la Referencia 11 indican que se necesitan relacio­ nes longitud-diametro mayores de 100 para eI DDT en la mayo­ ria. de las mezdas de hidrocarburo-aire. En consecuencia, es mas probable que ocurran detonaciones engrandes sistemas de tube­ rias que en explosiones de edificios 0 en explosiones de reci­ pientesdeprocesos.Esto demuestra la importancia de prevenir longitudes grandes de propagacion usando diferentes sistemaS de aislamiento de deflagraci6n descritos en 1a NFPA 69.

Deflagraciones de Polvos Combustib.les

Las nubes polvo combustible en un espacio confrnado tam­ bien producen deflagraciones cuando se incendian.mientras 1a concentraci6n de polvo es'mayor que la concentraci6n explo­ siva minima (MEC) en detenninado materiaL El MEC depende del tamafio de las particulas de polvo 10 mismo que la composi­ cion del material. y las particulas menores tienen MECs mas pe­ quefios que las particulasgrandes. Los limites bajos de explosividad tlpicos para polvos con tamanos caracteristicos de particulas menores de mas 0 menos 100 estan en ehango de 30­ 60 g/m3 • Algunos ejemplos de polvos y tamanos de particulas • Reactividad de la Mezcla. Mientras lll.i.ls reactiva sea la representativos se muestran en La Tabla 1.5.2. 14 mezcla, mas rapida es la aceleraci6n a DDT. Los otros panlmetros que muestra La Tabla 1.5.2 son la pre­ • Encerramiento 0 rugoisidad de pared de la tuberia y pre­ sion maxima de deflagraci6n en un recipiente cerrado, Pm(1)C' Y el sencia de obstrocciones. Mientras mas £!spera la superficie parametro KSI definidos como sigue: interior de la tuberfa 0 mas obstrucciones haya, mas corta sera 1a transici6n a DDT.

1-68 SECCION 1 •

TABLA 1.5.2

Principios del fuego y ciencia del fuego

Datos de explosividad para polvos representativos

Tamanode particula media Material Carbon activado Aluminio Acido asc6rbico Estearato de calcio Carb6n, bituminoso . JajtELygla!iliq
Concentracion explosiva minima

(Mm) 18 <10 39 <10

60 60 60 30

4 <10 26 200 37 165 95 54 <10 <10 150 25 80 <10 10 <10

30 60 30 60 15 30 15 30 a

125 125 30 125 60 250

Pmax

KST

8,8 11,2 9,0 9,2

44 515 111 99

10,2 7,9 7,0 10,1 8,1 8,5 8,6 9,3 8,0 7,4 8,2 8,5 10,2 8,3 6,7

128 129 28 209 90 178 52 129 156 54 42 138 126 75 125

"Es1e valor se midio en un recipiente de 1,2 Jitros; todos los otros valores se midieron ya sea en un recipiente de 20 litros 0 de 1 m3 , Fuente: Dust Explosions in the Process Industries, por Rolf K, Eckhoff, Reproducido con permiso de Butterworth-Heinemann,

metales atrapados ya sea en sistemas de transportadores 0 pul­ verizadores 0 molinos. La fuente de ignici6n mas comtin en ex­ plosiones de. elevadores de granos en Estados Unidos investigadas por Kauffman15 es la fricci6n 0 calentamiento me­ c{mico de las correas de trasmisi6n en elevadores de cangiiones.

donde(dPldt)r.lax = velocidad maxima de aumento de presion en un recipiente de prueba de volumen V pruebascle laboratOJio gemiraltminte se realizan en un recipiente esfer-ico de 20 litros segtin la norma ASTME1 226. La magnitud de depende de la reactividad del polvo; el tamafio de las particulas, y el nivel de turbulencia usado para generar la nube de polvo. > Los niveles maY9res de turbulencia producen velocidadesmayores de aumento de presion. A mayor valor de K S1' es mas dificil obtener el venteD de la deflagraci6n 0 supre­ sian eficaz. Por 10 tanto, el Kstde lospolvos juega un papel si­ milar al de la velocidad de combustion, Su, de los gases inflamables. Las concentraciones de nubes de polvo por encima de los valores AfEC se presentan rutinariamente en equip os de proce­ sos como colectores de polvo, mezcJadores, secadores, pulveri­ zadores 0 molinos, sistemas de transportadores y silos 0 carboneras. Tabulaciones de explosiones de polvo en Alemania de 1965 a 1985 indican que el 78 por ciento de todas las explo­ siones de polvo se originaron en estosequipos.Fuentes de nicien de explosiones de polvo en Alemania y en Estados Unidos se muestran en la Tabla L5.3. La fuente de ignici6n mas comtin reportada en las explosiones de polvo en Alemania son las chispas mecanicas, presumiblemente chispas por imp acto 0 fiicci6n. Las chispas de impacto se atribuyen con frecuencia a

- - -.....- - -.....

~.-~----

_.... - - -

TABLA 1.5.3 Fuentes de ignicion en explosiones de polvo

Fuentes de

. Porcentaje de explosiones de polvas en Alemaniaa

Chispas mecanicas I 26,2 Brasadas 0 nidas en rescoldos 11,3 Calentamiento mecanico, 9,0 fricci6n 8,7 Descargas electrostaticas 7,8 Fuego 4,9 Ignici6n espontiSmea 4,9 Superficies calientes 4,9 Corte/saldad ura 2,8 Equipos electricos 19,5 Desconocida/Otras a Basado

Porcentaje de ex­ plosiories de pol­ vo en elevadores de granos en E.U.Ab

4,6 13,6 22,7

o

9,1

o

9,1 6,8 15,9 18,2c

en ta Tabla 1,7 de la Referencia 14 Basado en datos reportados en la Referenda 15 G tncluye 13,6 par Clenlo de eventos iniciales de explosion de gases b

.~-

.....

------­

CAPiTULO 5 •

Las descargas electrostaticas han sido responsables del inicio de explosiones de polvos, como el tAntalo, con alta resistividad y baja energia de ignici6n. 16 La NFPA 654, Standardfor the Pre­ vention ofFIRE andDust Explosionss From the Manufacturing, Processing, and Handling of Combustible Particulate Solids, provee guias para eliminar estas fuentes de ignicion de explo­ siones de polvo. La mayoria de danos y muertes en explosiones destructivas de polvo ocurre como resultado de explosiones secundarias. Una explosion de polvo secundaria es causada por capas de polvo en el sudo, equipos y estructuras que son dispersadas por la onda de.. e~J>los~~!1_cle. }ll_e'Plgsi(mJ>riI11_ari~!'.yJl!egQj!1C;eJJ.:diadas~ his llamas emitidas por la explosionprimaria. Este proceso, ilustrado en la Figura 1.5.8, es especialmente destruc­ tor cuando sucede en areas cerradas y ocupadas. Los informes de 14 explosiones de polvo de granos investigados en la· Refe­ rencia 15 muestran que 17 de 20 instalaciones, 58 de 65 lesio­ nes, y $36 millones de los $37 millones de dafios a la propiedad se debieron a explosiones secundarias en estos incidentes. La prevencion de estas explosiones secundarias requiere el uso de medidas de proteccion eficaces para la explosion primaria y mi­ nimizar las acumulaciones en las areas circundantes. Sin em­ bargo, este es un desafio considerable porque capas de polvo tan delgadas como I mm pueden producir una concentracion pro­ medio de nube de polvo de 100 g/m3 (por encima del MEC para la mayoria de polvos combustibles) al dispersarse por un recinto de 5 metros de altura. 14 La dispersion parcial por una altura menor puede producir un concentracion aim mayor, con el co­ rrespondiente aumento de potencial de dano.

por

Explosiones por Reacci6n Quimica Las reacciones quimicas no controladas pueden causar explo­ siones de dos maneras. Primero, pueden producir productos ga­ seosos de reaccion quepueden sobre-presurizar los recipientes que no estan equipados con un area adecuada de venteD de des­ fogue. Segundo, las reacciones exotermicas incontroladas pue­ den generar suficientecalor para aumentarrapidamente la presion de los-gases yvaporesexistentes en el recipienteypo­ siblemente vaporizar otros materiales. EI personal de proteccion contra incendios esta familiari-

ExPlosiOn primaria

Qnda de explosi6n

'\

)))

(a)

(b)

La capa de polvo es arrastrada y sa forma una nube de polvo.

///

III

II

FIGURA 1.5.8 Esquema de una explosion de paiva secundaria

Explos;ones1-69

zado con las reacciones de combustion de los hidrocarburos, que producen dioxido de carbono y vapor de agua como productos de una reaccion completa. Tambien hay vadas otros tipos de re­ acciones quimicas genericas que pueden ocurrir tanto 0 mas ra­ pidamente rapidamente que las reacciones de combustion de .hidrocarburos a temperaturas elevadas, y tambien pueden pra­ ducir multiples productos de reaccion gaseosos. de reaccion. Estas reacciones incluyen descomposiciones y polimerizaciones de compuestos inherentemente inestables, oxidaciones-reducciones rapidas, nitraciones, diazotaciones (forillacion de una sal que contiene dos atomos de nitrogeno y ....un_grupohidrocarburo-aTomatico),-.ehidratacionde-matel'iales reactiv6sal agua. Varias de estas reaccionesson autocataliticas en el sentido que los productos de reaccion catalizan la reacci6n de.los reactivos restantes. En la Tabla 1.5.4 se muestran ejemplos recientes de explo­ siones quimicas. Los dos ultimos incidentes de la Tabla 1.5.4 tienen algunas similitudes notables. Ambos son incidentes con muertes multi­ ples causados por una descomposicion con detonaci6n de hi­ droxilamina (NH20H). En ambos casos, la concentracion de solucion acuosa de hidroxilamina era mucho mas alta que la re­ comendada en la practica normal «50% HA). Las pruebas de lab oratorio han demostrado que estas altas concentraciones, junto con trazas de contaminantes, pueden producir reacciones de descomposici6n particularmente violentas, con frecuencia en forma de detonacion. l,Como pueden los quimicosy autoridades reglamentarias reconocer el potencial de explosiones por reaccion quimica y tomar medidas apropiadas para preveni.t;las?EI AIChE Center for Chemical ProcessSajety, ha publicado guias23 ,24 para res­ ponder a esta pregunta. Estas guias requieren una combinacion de 10 siguiente: L Revisar las listas de materiales inestables (ej., Referencia 25) y combinaciones de materiales reactivos potencial­ mente peligrosos. 2. Usar software para ayudar a identificar substancias quimi­ cas incompatible.s (eJ, ReJerend<\26)y caracterizar la energia de reaccion asociada con substancias quimicas inestables (ej., Referenda 27). 3. Realizar pruebas piloto dc.laboratorio paradeterminar tem­ peratura de iniciaci6n de reaccion, concentraciones y sen­ sibilidades. 4. Contar con expertos que revisen las condiciones de alma­ cenamiento/manejo/.condiciones de procesado, resultado de las pruebas piloto, revision de la literatura y c:3.lculos del software. E1 disefio de los controles de proceso y de los desfogues y venteos de emergencia para adaptarse a estas reacciones peli­ grosas requiere calculos escalados basados en la quimica de re­ acci6n, propiedades termodinamicas del material, velocidades de trasferencia de calor esperadas y la posible presencia de re­ gimenes de fluJo de venteo en dos fases?8 Despues de que se ha completado el disello, son necesarias auditorias in-situ en bUs­ queda de registros deficientes de instalaciones y equipos de la planta y mantenimiento adecuado de los dispositivos de relevo de presion. 29

- - - -.............- - -............

~---.--.~

1-70

~-

.. - . - - - - ..........~~.-------------------............"'-'---~--

~--------.-~--.----.-~.------

....

-

...

--------.

Principios del fuego y ciencia del fuego

SECCION 1 •

TABLA 1.5.4 Recientes explosiones por reacciones quimicas

Fecha Marzo 11, 1997

Marzo 26, 1997 ~_t;,ril8,

·1998 Octubre 13, 1998

Febrero 19, 1999 Junio 10, 2000

Productos

del Accidente

Referencia

Tokai,Jap6n

Asfalto, nitrato de sodio, nitrito de sodio, carbo­ nato de sodio, y bicar­ bonato de sodio

Concentraci6n excesiva de bicarbonato de so­ dio baj6 la temperatura de iniciaci6n de reacci6n

37 personas sufrieron contaminaci6n radjactiva

17

Haskell, Oklahoma

Disolventesde tinta de impresi6n y oxldantes

Mezda de materiales

incompatibles

1 muerto, 2 heridos

18

Patterson;-' '--" ...•. erto41itroclorobeneeno, Nueva Jersey 2-etilexilamina

··9hefiElos-··Enfriamientodemorado del reactor, desfogue de emergencia.inadecuado

~.~

~----.~-.,-,

-19

South Baltimore, Maryland

Aluminio en polvo, c1oruro de aluminio, yagua

Velocidad de adicion de vapor excesiva produjo una reacci6n descon­ trolada con el aluminio.

5 heridos

20

Hanover Township, Pennsylvania

Hidroxilamina

Concentracion excesiva

de material inestable

5 muertos, 14 heridos

21

Gunma, Japan

Hidroxilamina

Concentraccion excesiva de material inestable, alta concentraci6n de hierro del tubo de acero revestido

4 muertos, 58 heridos

22

Explosiones de Vapor: Interacciones de Sustancia Fundida-Agua Una explosion de vapor es una explosion fisica causada por la vaporizacion extremadamente rapida del agua debida a la trans­ ferencia de calordesde un segundo liquido que esrn a tempera­ tura mucho mis alta que el punto de ebullicion del agua y en contacto directo con el agua. Como el segundo liquido es ge­ neralmente un metal fundi do 0 alguna otra'sustanciaderretida, una explosi6ride vapofesuilii InteracCioii violeIita delagtia y la sustancia derretida. Si el agua se reemplaza con otro lfquido que tenga un punto de ebullici6n mucho mas bajo queel delliquido caliente, el termino mas generalizado para este fenomeno es ex­ plosion de vapol: Las explosiones de vapor ocurren solamente S1 se dan cier­ tas condiciones tennodiml.micas e hidrodinamicas. Las condi­ cion tennodmamica es que la temperatura de la superficie liquido-liquido, debe ser mayor que la temperatura espon­ tanea de nucleaci6n, para el agua, esto es, que la tempera­ tura a la cuallas burbujas de vaporaparecen primero en ausencia es la si­ de cualquier superficie caliente. La ecuacion para guiente: 30

I

+ rcJ(kpc)J(kpc)H + ~(kpcV(kpc)-;;

donde

-_

Victimas

... _

- - - - - ­

....

(4)

IH = temperatura delliquido caliente IC = temperatura delliquido frio kpc = producto de conductividad tennica, densidad, y calor dependiendo especifico ya sea delliquido caliente 0 del denominador. Por ejemplo.si el cobre fundido a una temperatura de 1400°C.es en aguaa 20DC, la temperatura de con­ tacto interfacial la ecuacion 4 es 1341°C. Si oxido cu­ proso fundido a una temperatura de 1330°C es sumergido en agua a 20°C, la temperatura de contacto interfacial calculada es 954°c. 31 En ambos casos, la temperatura de contacto es subs­ tancialmente mas alta que la temperatura de esponrnnea de nu­ deacion para que es muy sensible a los cambios de tension superficial debidos a aditivl'ls 0 contaminantes, pero puede ser tan alta como 270°C. Asi, la interacci6n del cobre fundi do con el agua pueden ser explosivas. Se observan resultados simi lares con muchos otros materiales fundidos y con inmersiones de pasta kraft fundido en agua. Esto ultimo ha sido asociado con accidentes de calderas de recuperacion de licores negros en mo­ linos de papel. El criterio de la temperatura delliquido es necesario, pero no es condicion suficiente para que ocurra una explosion de vapor. Para que la vaporizacion ocurra 10 suficientemente ra­ pido y en suficiente volumen para generar presiones potencial­ mente daninas, es necesario tener un area amplia de contacto interfacialliquido-Hquido. EI consenso entre investigadores de

- - -...-----------~--------

CAPiTULO 5 •

Explosiones

1-71

Long34 hizo algunos experimentos pioneros que mostroban como la superficie del fondo del recipiente de agua influye en la probabilidad de explosi6n cuando se verti6 aluminio fundido dentro del recipiente. Una base herrumbrosa promoverfa ex­ plosiones de vapor, mientras una base de recipiente engrasada 0 revestida de aceite 0 pintadaevitaria estas explosiones. Estos tratamientos de la superficiecambian la humectabilidad de la superficie y laprobabilidad de que la pelicula de agua sea atra­ pada debajo del charco de aluminio fundi do. Experimentos pos­ teriores han confinnado que las explosiones .de aluminio fundido-agua no sucederan sin una pared hlimeda s6lida 0 una inyecci6n de alta velocidadde ulljtqlli
.. Vapor.de·agua

Premezclado de sUbstancias fundida y agua

Vapor en rapida expansion

Fragmentaci6n de sustancia fundida

) Penetracion de pelicula de vapor

FIGURA 1.5.9 Fenomeno de explosion de vapor

•.. ~ibe.raci6n en chonos turbulentos . .•.-Confinamlento parcial debido agrandes estrueturas 0 edi­ fieios en el area de liberaci6n. o Ob~truccionesTepetidas gen,eralmentedebido a eqllipos de proceso y congestionamiento de tuberfas. o Retraso en la igniei6n que penniten la fonnacion de gran­ des nubes con concentraciones de vapor y gas por eneima del limite bajo de inflamabilidad. Las velocidades de las llamas necesarias para generar so­ brepresiones poteneialmente dafiinas en un area virtualmente no confinada son del orden de los 100 mis. A medida que aumenta el grade de confinamiento, las velocidades requeridas de las lla­ mas disminuyen. Los nive1es de turbulencia U obstrucciones y el tamafio de ]a nube necesarios para generar tales velocidades de las llamas dependen de la reactividad del gas 0 vapor inflamab1e. Los va­ pores 0 gases altamente reactivos con grandes velocidades de combustion en flujo laminar, y aquellos mas propensos a acele­ raciones de los frentes de flama son los que tienen mas probabi­ Edad de verse involucrados en explosiones de nubes de vapor.

1.;...;72

SECCION 1 •

Prfncipios de! fuego y ciencia de/fuego

TABLA 1.5.5 Incidentes notables de explosiones de nubes de vapor

Fecha

Lugar

Julio 28,1948 Ludwigshafen, Alemania Enero 16,1966 Raunheim, Alemania Diciembre9, 1970 Port .Hudson, .Missouri Flixborough, Reino Unido Junio 1, 1974 Marzo 26, 1980 Enschede, Holanda Junio 3,1989 Ufa, Rusia 1989 Pasadena, Texas ,Julio2000 .~ .... ~··~-¥uwait-

Gas

0

vapor inflamable

liberada (kg)

Dimetil eter 30400 Metano 500 Propano 23000 30000 Ciclohexano 750 Propano Gas natural licuado ? ? Etileno ,---861300· {Jondeflsado de hidrocarburos C3 + C4

Casualties Muertes

Heridos

207 1 0 28 0 645 25 ~T

3818 5 10 36 0 >1000 ? ·-",3

Fuente: Referencia 35 y NTSB Report PAR-72-1, 1972

Algunos de los vapores involucrados en gran nfunero de explo­ siones de nubes de vapor incluyen el propan~, propileno, etileno y varios hidrocarburos aromaticos La Tabla] .5.5 se relacionan los incidentes de explosiones de nubes de vapor descritos en la Guia CCPS.35 EI gas 0 vapor li~ berado, cantidad fugada, y el nfunero de victimas reportadas se muestran en la Tabla. El gran nfunero de muertes ocurridas en el incidente de Ludwigshafen en 1948 se debio a que el escape ocu­ rrio en un area poblada. El gran nfunero de muertes ocurridas en el incidente Ufa en 1989 se debio a la ignicion de la nube se pre­ sent6 mientras dos trenes de pasajeros se sobrepasaban. Estos in~ cidentes y los de Flisborough y Pasadena, demuestran que las explosiones de nubes de vapor pueden ser las mas catastroficas de todas las explosiones accidenta.les. La misma conclusion se puede sacar de las consideraciones sobre danos a la propiedad. Lenoir y Davenport36 han suministrado una compilacion mucho mas extensa de incidentes de explosiones de nubes de vapor. Una mejor comprension de como difiere una explosion de nube de vapor de una ignicion no explosiva de grandes nubes de vapores, se puede obtener a partir de una revisi6n de los factores de aceleraci6n del frentede Bama enestos incidentes.-Les inci­ dentes de Ludwigshafen, Raunheim, Flixborough, Pasadena y Ku­ wait todos sucedieron en instalaciones de plantas petroquimicas con areas de proceso muy obstruidas que contenfan racks de tu­ berias, colunmas de proceso, tanques, etc. El incidentede Kuwait es especialmente interesante porque habia ocho areas de proceso separadas, cada una correspondiendo a un centro de explosi6n con danos causados por presiones relativamente altas. De acuerdo a la Referencia 35, la explosi6n de Port Houston se inici6 dentro de una bodega de bloques de concreto, y luego se propago afuera a un area rural. La explosion de Ufa se inicio por uno de los trenes que pasaban. Los arboles en un area forestal muy densamente po­ blada alrededor de los rieles pudo haber contribuido tambien a la aceleracion de las llamas en la explosion de Ufa. Las predicciones de danos por presion de explosiones de nubes de vapor consisten de dos partes. En la vecindad de la nube, las presiones dependen de la velocidad estimada delaslla~ mas y nivel de confinamiento. Los caIculos teoricos realizados por Strehlow y otros 37 descritos en las Guias CCPS muestran

como la presi6n generada en la nube varia con la velocidad de las llamas. Baker y otros 7 han desarrollado guias para ca1cular la velocidad de las llamas y el confinarniento para predecir ex­ plosiones de nubes de vapor, yel metodo resultante es denomi­ nado metodo Baker-Strehlow. Las predicciones de presiones de ondas de explosion fuera de la nube inc1uyen el uso de curvas que representan la presion de choque, P so' versus una escala adimensional energia-, defi­ nidacomo: [5]

donde r

distancia del epicentro de la explosion

Po = preSIon atrnosferica E = energia de combustion que contribuye a la onda de explosion

ElcDrnputo de E involucra la estimacion de la cantidad de vapor in£lamable liberado y su aporte, es decir, la fracci6n de la energia de"combusti6n teorica que contribuye ala onda de ex­ plosion .. Parte esencial del metodo Baker-Strehlow es la selec­ cion de un valor de aporte para gases 0 vapores de varias ciases de reactividad. Otro paso importante en d metodo es la selec­ cion de la velocidad apropiada de la £lama 0 curva de nfunero Mach a usar. EI efecto de usallas curvas Baker-Strehlow, 0 cur­ vas similares generadas por otros investigadores, es que la onda de sobrepresion de la explosion a una escala de distancia-ener­ gia dada es mayor que 10 que se la prediccion usando lacurva que muestra la Figura 1.5.3 que se base en correlaciones para presiones de explosion producidas pOI explosivos en fase con­ dens ada. Por 10 tanto, las explosiones de nubes de vapor repre­ sentan un potencial de dana mis extenso y de lesiones para una determinada energia de onda de sobrepresion. Esto es consis­ tente con las areas de destruccion observadas en muchos de los incidentes de explosiones de grandes nubes de vapor.

CAPiTULO 5 •

RESUMEN

Explosiones

1-73

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23. AlChE Center for Chemical Process Safety, Guidelines for Safe y la magnitud de la energfa liberada en los diferentes tipos de ex­ Storage and Handling ofReactive Materials, 1995. plosiones y su duracion. La propagacion ideal de la onda explo­ 24. AIChE Center for Chemical Process Safety, Guidelines for siva y las relaciones de escalas, tambien son discutidas a 10 largo Chemical Reactivity Evaluation and Application to Process De­ de la Secci6n con un breve resumen de la fragmentaci6n prima­ sign, 1995. ria y secundaria. 25. Fire Protection Guide to Hazardous Materials, 12th ed., Na­

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das de la NFPA proveeran infOnnaci6n adicional sobre explosiones dis­ in a Bag Filter Dust-Collecting Device", Journal ofHazardous

cutidas en este capitulo. (Vease la ultima version del Catilogo NFPA Materials, Vol. A 77,2000, pp. 33-42.

para la disponibilidad de ediciones actuales de los siguientes documen­ 17. Hasegawa, K., and Li,Y., "Explosion Investigation ofAsphalt­

tos.) Salt Mixtures in a Reprocessing Plant", Journal ofHazardous

NFPA 68, Guide/or Deflagration Venting Materials, VoL A79,2000, pp. 241-267.

NFPA 69, Standard on Explosion Prevention Systems 18. EPA, "Prevention of Reactive Chemical Explosions", EPA 550­ :N"PFA 495, Explosive Materials Code FOO-00I,Apr.2000.

NFPA 654, Standard for the Prevention ofFire and Dust Explosions 19. Chemical Safety Board, "Investigation Report Chemical Manu­

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Particulate Solids. 20. Chemical Safety Board, "Management of Change", Safety Bul­

letin No. 2001-04-SB,Aug. 2001.

a ingenieria de protecci6n contra incendios es una ingenieria joven, donde todavia falta mucho por aprender y recorrer. Sin embargo, el increible desarrollo tecnol6gico dcesta joven ingenieria ha perrnitido que ingenieros de protecci6n contra incendios utilicen hoy _. .rlia.programas..dMnodelajey .fi)rmulas-empifl£as,·::OO~amientas·diariagtietra~u'(eapf~' Mos 2:1 ,2.2 y 2.4). No son los programas de caJculo hidrimlico a los que nos estamos refiriendo, sino a programas mas sofisticados que permiten ca1cular la produeci6n y desarrollo delhumo en un incendio, elproeeso de evaeuaci6n de personas en un edificio, la resistencia al fuego de una estruetura, el disefio de estructuras industriales teniendo en cuenta el impacto de la radiaei6n en una instalaci6n vecina, 0 que permiten determinar cuando (en segundos luego del inicio del in­ cendio) se operara un sistema de defecci6n ode rociadores automaticos. Los incendios han sido unll parte importante en el desarrollo de la civilizacion. Sin embargo, la utilidad del fuego no es parte de la ingenieria de protecci6n contra incendios. Al reves, en la ingenierfa de proteccion contra incendios tenemos en cuenta la fuerza destructora del fuego, la eual debe ser controlada para que nuestro mundo pueda continuar progresando. Durante muchos afios este trabajo estaba eireunscrito en las brigadas contra incendios, pero basicamente en el iil­ timo siglo han sido los ingenieros de protecci6n contra incendios los que han puesto su empeno, conocimiento ypericiaen el control del fuegodestructivo. Dando un paso gigantesco, nos encontramqs aqui en el siglo XXI donde el anaJisis y dis­ efio de las eondiciones de seguridad contra incendios en edificios se puede hacer casi exclusi­ vamente utilizando criteriosbasados en desempefiooeficacia (performance-based design), metodologiaque se describe en el Capitulo 2.5. Esta metodologia utiliza un enfoquepor obje­ tivos ala hora de disefiar y valorar la seguridad contra incendios en un edificio. Sin embargo, aunque es una metodologfa de punta, es muy poco apropiada para nuestro entomo tecnico en Latinoamerica, porque, de acuerdo ala "Gula de Ingenieria SFPE de Proteccion contra Incen­ dios Basada en fa Ejicacia", public ada por CEPREVEN, NFPAy la SFPE, esta metodologia esta dirigida exc1usivamente a ingenieros de protecci6n contra incendios competentes, que tengan conocimientos de dinamica del fuego, que tengan experiencia en los principios cientfficos y m6todos prescriptivos de protecci6n contra incendios. Es decir ingenieros de protecci6n contra incendios cualificados por su formaci on, aprendizaje y experiencia. Requiere tambien un pro­ ceso de disefio en equipo. donde varios ingenieros de incendios, con diversas competencias, par­ ticipan en el proceso de anaJisis y diseno. Es decir, su aplicaci6n debe estar circunscrita a las grandes firmas de ingenieria de proteccion contra incendios. Es por eso que en los Estados Unidos y muchos otros paises desarrollados, se ha estable­ cido una metodologia de revisi6n cuando se usan diselios basados en el desempeno 0 eficacia, Hamada Revisi6n por Pares. La SFPE la define como la evaluaci6n de la estrategia conceptual y la solidez tecnica del disefio de la ingenieria de protecci6n contra incendios de un proyecto, ejecutada por profesionales calificados por su educacion, entrenamiento y experiencla. La Re-, vision por Pares se ejecuta tradicionalmente sobre toda Ia documentaci6n del proyecto que tiene que ver con la protecci6n contra incendios. La SFPE recomicnda que Ia Revisi6n por Pares sea contratada por el duefio del proyecto, es decir que el duefio contrate independientemente al dis­ enador de los sistemas contra incendios del proyecto y al Revisor por Pares, pues SFPE piensa, muy sanamente, que la indepcndencia del Revisor por Pares es tan importante como su conocimicnto y experiencia tecnica. Es importante que la firma que bact:: 1a Revision por Pares no sc deje influenciar por sus propias preferencias de disefio. Que sepa reconocer aquellos aspectos tecnicos que no tienen una significaci6n importante en el disefio y queen esos casos 10 identifique en su reporte como re­ comendaciones, no como deficiencias. EI trabajo del Revisorpor Pares debe incluir una revisi6n del costo-beneficio de las soluciones adoptadas y de su facilidad y costo de mantenimiento.

L

2-1

Jaime Andres

Moncada, PE

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2~2

SECCION 2 •

Analisis para protecci6n contra incendios

Debe ianlbiep.llev?Isea cabo condisc~eci6n, con respetq a sU8colesas,co11eticaydebe con­ cluirenunreporte escrito. Lasn~Tmas (ieetica de la SFPEr¢zan que un ingeniero:nodebeofre­ cer .l>U~. servic.~os en Un area delaingenieria donde el () ellano·~t;nga expertieia, n~que tampo?D ofn~z~a'srrs:isetvi¢osde cO)1suitoria cuandol'lxistauu,interes coPlerdaiposteriorsobre10 quese :fecornienda ciivende(poFejemplo, TaRtwision porPares sugierequelaextinci6nueincendios deberia ser una marca de equipo especifica, pera quien haee esta recomendaci6n es el dis­ tribuidor local de esa marca especifica, en una violaci6n etica clara, pero que desafortunada­ mente ocurre todos los dias en nuestra region). Se debe recalcar que la Revision por Pares no es la misma revision del proyecto que efec­ tUa el asesor de riesgos de la compania aseguradora 0 del corredor de seguros. Aunque hay cada dla mas asesores de riesgos calificados para ejercer este importante trabajo en Latinoamerica, generalmente el asesor de riesgos no tiene experiencia en diseno de sistemas de seguridad hu­

.mana;protecci6npaslvayprotecci6ii-contraIncendTos,yno·comenta -sobred·~osio~beneficIo de las soluciones adoptadas, 0 que metodos de diseno pudieran ser mas apmpiados. Mas infor­ macion se puede obtener del documento intitulado "Guidelines for Peer Review in the Fire Pro­ tection Design Process", publicado por la SFPE.

TRADUCTORES Y REVISORESDE ESTA SECCION Esta Seccion fue traducida por Monica SabogaJ y Stella Duque de Narvaez y revisada por el Ing. Luis Cestari, PE.

CONTENIDOS DE LA SECCION 2 Analisis para Protecci6n contra Incendios Capitulo 2.1 Introduccion a la Modelizaci6n del Incendio Capitulo 2.2 AmUisis del Peligro de Incendio Capitulo 2.3 Analisis del Riesgo de Incendio

2-3 2-15 2-23

Capitulo 2.4 CaIculos Simplificados del Crecimiento del Fuego Capitulo 2.5 Resumen del Diseno Basado en el Desempeno en Proteccion contra Incendios

2-39 2-55

Craig Beyler Philip J. DiNenno

···a :tll()dellziCi6nesUna parte·~nherente de la investigaci6n

L

ci entifica y de ingenieria y su aplicaci6n a1 incendio es tan antigua como 10 es la investigaci6n cientifica sobre el comportamiento del incendio en sf mismo. EI primer libro dedi­ cado exclusivamente a la modelizacion en la investigaci6n del in­ cendio fue publicado en 1960. 1 La investigaci6n modema sobre el incendio, unida al poder creciente de los computadores, ba dado origen a modelos altamente complejos que solamente pue­ den implementarse como modelos de incendio por computador. Mientras los modelos de incendio por computador han populari­ zado la modelizacion del incendio, estos modelos que se basan en el computador no difieren sustancialmente de los modelos de incendio anteriores; simplemente estos son mas complejos y po­ seen mayores capacidades. La importancia de la modelizaci6n, en su aplicacion al di­ sefio de la seguridad contra incendios, ha crecido durante la ultima decada; con esta aplicacion generalizada vieneuna necesidad cri­ tica para la comprension detallada y el uso apropiado de mode­ los relacionados con el problema que se est§. estudiando. Los modelos pueden clasificarse en dos grandes clases: (1) modelos fisicos y (2) modelos matematicos. Los modelos fisicos intentan reproducir el fen6meno del incendio en una situaci6n fi­ sica sirnplificada. Losmodelos a escala son una forma muy ge­ neralizada de modelizaci6n, mientras que los experimentos a escala real son costosos, dificiles y, algunas veces completa­ mente impracticables. Con frecuencia pueden formarse ideas al estudiar los fenomenos del incendio en una escalafisica redu­ .cida. Los modelos matematieos son conjuntos de eeuaciones que describen el comportamiento de un sistema fisico. Muchas veces, la meta de los modelos fisicos es descubrir las leyes qu~ gobier­ nan el comportamiento de los sistemas fisicos/quimicbs.EI mo­ delo maternatico obtenido, puede entonces utilii,arse para predecir el comportamiento de los sistemas fisicos reales. Por 10 tanto, los mode10s fisicos y maternaticos estan interrelacionados y son complementarios.

MODELOS FISICOS DEL INCENDIO La modelizaci6n fisica no simplemente realizar expe­ rimentos a una esca1a fisica reducida; esto significa, que no es suficiente reducir las dimensiones lineales de una situaci6n fi-

Dr. Craig Beyler es director tecnico de Hughes Associates, Inc., yed­ itor de secci6n del SFPE Handbooh ofFire Protection Engineering. Philip J. DiNenno, P.E., es presidente de Hughes Associates, Inc., itor en jefe del SFPE Handbook ofFire Protection Engineering.

sica y realizar experimentos con el modele a escala reducida. Ademas de la escala geometric a, es necesario mantener una si­ militud mecanica, termica y quimica en eI modelo a una escala reducida. Las leyes de medici6n a escala, requeridas para man­ tener estas similitudes, pueden determinarse a partir de analisis dimensionales 0 por medio de ecuaciones fundamentales que describen los fen6menos fisicos/quimicos. Las leyes fisicas de medicion a escala del incendio, mas am­ pliamente usadas se conocen como "modelizaci6n de Froude", la cual es aplicable a los flujos de flotabilidad asociados con los incendios. La modelizacion Froude requiere que se mantenga la relaci6n entre las fuerzas de flotabilidad y de inercia. El numero de Froude, Fr, puede expresarse como

donde Q es la tasa de calor liberado por e1 incendio, D es 1a es­ cala fisica del experimento y VIa velocidad caracteristica. Por 10 tanto, 81 se qui ere realizar un experimento a mitad de Ia escala, la liberaci6n de calor debe reducirse all8 por ciento de 1a escala real de liberacion de calor, para mantener el mismo nlimero Fr asegurando as! la escala de las velocidades de flujo en ubicaciones geometricamente similares, en los modelos a mitad de la escala y a escala real. La escala de las velocidades es equivalente a la raiz cuadrada de la esc ala a Pr constante.

La modelIzaci6n de Froude ha sido utilizada !,:xitosamente paracomprender los flujos del penacho, los flujos de las llamas que alcanzan el cielo rasa y las alturas de las llamas. Los mode­ los de correlaclon de altura de la llama basados en la modeliza­ ci6n de Froude han sido exitosos en una amplia gama de escalas fisicas. En 1a Figura 2.1.I'se muestra un ejemplo, el cual fue de­ sarrollado par McCaffrey? La altura de la llama en relaci6n con el diametro de la fuente del incendio, UD, se muestra como una funci6n de La correlaci6n es exitosa sobre 12 decadas de 10 que representa una.gama asombrosamente alta de aplicabili­ dad para cualquier correlaci6n 0 modelo. Como los diferentes fen6menos del incendio Henen escalas diferentes, generalmente no es posible estudiar situaciones com­ plejas del incendio en pequefia escala. Esto limita el uso de los principios de mode1izacion a escala. Es especiaimente dificil re­ presentar al mismo tiempo la escala de flujos de convecci6n y la radiaci6n. Por 10 tanto, la modelizaci6n de Froude no puede apli­ carse faciimente a los problemas del incendio, donde por ejem­

2-3

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SECCION 2 •

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AnaJisis para proteccion contra incendios

LID

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Fr FIGURA 2.1.1

Modelo de correlaci6n de altura de la llama basado en la modefizaci6n de Froude

plo, la radiaci6n es importante. La modelizacion que utiliza las leyes de representacion a escala de Froude ha sido muy exitosa en la evaluaci6n de los as­ pectos del movimiento del hurno. Dos tecnicas han encontrado aplicaciones importantes: (1) la modelizacion de la fase gaseosa a escala reducida y (2) la modelizaci6n de agua salada. Los prin­ cipios de estas tecnicas de modelizacion han sido revisados por Quintiere.3 La modelizaci6n deaguasaladautiliza la descarga de agua salada de alta densidad dentro de agua dulce, como una simulacion inversa de los flujos de flotabilidad. Esta tecnica ha sido empleada exitosamente en ambos compartimientos4 y en cerramientos de compartimientosInultiples. 5 La modelizacion a escala reducida ha sido utiliziidaen una amplia variedad de situaciones deflujo.6 Un excelente ejemplo del uso de la modelizacion a escala reducida es explicado por Quintiere y Dillon7 y, describe el movimiento del hurno durante un incendioen un atrio.El uso de la modelizacion a escala en el disefio de los sistemas de manejo de humo,es aceptado por la NFPA 92B, Guia para los Sistemas de Manejo de Humo en Cen­ tros Comerciales, Atrios y Areas Grandes. La modelizacion fisica no siempre implica reducciones im­ portantes en la escala fisica. Los modelos fisicos pueden buscar sencillamente simplificar los fenomenos complejos y convertir­ los en un problema menejabley comprensible. Ejemplos de este tipo de modelizacion fisica pueden ya encontrarseen el ensayo de resistencia a1 incendio de ASTM El19. La curva de tempera­ tura-tiempo que se muestra en la Figura 2.1.2 fue escogida como una curva representativa de temperatura-tiempo para ensayar los conjuntos estructurales. El ensayo de resistencia al incendio El19 es lma forma de modelizacion fisica. El ambiente del homo

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Curva normalizada

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FIGURA 2.1.2 Curva representativa de temperatura-tiempo (Fuente: ASTM E119)

pretende ser un modele del ambiente de incendio que experi­ mentan los :tniembros estructurales durante un incendio. Las sec­ ciones de la estructura del edificio que estan expuestas en un homo E1l9, tienen como funcion ser un modele del comporta­ miento del incendio en la estructura de la edificacion, durante un

CAPITULO 1 •

incendio. Ninguna expOSlClOn UllIca de temperatura-tiempo puede representar a todos los incendios, y las secciones de en­ sayo de las estructuras de la edificacion no representan comple­ tamente e1 comportamiento de la estructura, pero .los resultados del ensayo simplificado Ell9 son utiles de todas maneras. A 10 largo de las decadas el valor y las limitaciones de este modelo fi­ sico ampliamente utilizado, han sido reconocidos. Todos los ensayos de incendio normalizados son modelos fisicos del comportamiento del incendio. La adecuacion de estos modelos fisicos varia ampliamente. Hay una tendencia en el de­ sarrollo de los metodos modemos de ensayo del incendio, para considerar explicitamente la adecuacion deLll1eto_dQJ!.e_ellsay.o ... como~nmodet6 fisicoaercomportaillie~t~ real del incendio y de la respuesta al incendio.

MODELOS MATEMATJCOS DEL INCENDJO Los modelos matematicos del incendio pueden clasificarse como modelos por probabilidad 0 por determinacion. Los mo­ delos por probabilidad intentan ocuparse de la naturaleza alea­ toria del comportamiento del incendio, mientras que los modelos por determinaci6n presumen que, dada una situacion fi­ sica bien definida, el crecimiento y el comportamiento del in­ cendio estin completamente determinados. Los dos planteamientos son valiosos para comprender el incendio.

Modelos por Determinacion del Jnce.ndio Los modelos por determinacion del incendio pueden ir desde correlaciones simples de una linea de datos hasta modelos alta­ mente complejos que requieren muchas horas de computo utili­ zando computadores centrales. El aspecto que unifica a todos estos modelos es que el rumbo del incendio esta fijado por las variables que establecen el ambiente en el cualeste ocurre. Las condiciones fisicas que determinan el progreso y el resultado del incendiose conocen como el escenatio.de incendio. El escena­ rio de incendio incluye los combustibles involucrados,.la distri­ buci6n de los combustibles,las caracteristicas delaedificaci6n ysus sistemas de proteccioncontra incendios,la localizacion de la ignici6n, la ubicacion y capacidades de los ocupantes y todas las demas variables que afectan el resultado del incendio. Por consiguiente, para todos los modelos por determinacion del in­ cendio, la formulaci6n del escenario de incendio es de impor­ tancia critica. Un ejemplo de un modelo matematico muy simple es una ecuacion que describe la relaci6n mostrada en la Figura 2.1.1. LID = 0,2 (Q2/5/D)

Donde las unidades de longitud estan en metros y la tasa de li­ beraci6n de calor esm en kW. (Para las Unidades Usuales de los E.UA, 1 m = 39,37 pulgadas; 1 kW = 1655 Btu/s.) Esta ecua­ cion es el resultado de aplicar los principios de modelizaci6n de Froude. Hay disponibles otras ecuaciones que son aplicabies a valores todavia mas bajos de LID. En el otro extremo de la escala de complejidad estan los modelos que describen el comportamiento del incendio en uno

Introducci6n a la mode/izaci6n del incendio

x 120 l(

80

0.4

0.8

1.2

1.6 0.4 Altura (m)

0.8

1.2

1.6

2.0

FIGURA 2.1.3 Comparacion del perfil de temperatura de un incen­ dio en un cuarto con el equivalente modelo par zona idealizado

o mas cuartos. Estos modelos pueden ser complejos ya que in­ cluyen muchos procesos fisicos/quimicos 0, porque pocos pro­ cesos son modelados con gran detalle, En general estos modelos complejos pueden clasificarse como modelos de zona y mode­ los de dinamica de fluidospor computaci6n (CFD), tambien co­ nocidos como modelos de campo. Tal vez el atributo mas importante de los modelos del in­ cendio por computador es su habilidad para predecir con exac­ titud y de manera realista, el comportamiento relevante del incendio dentro de sus limitaciones establecidas. La capacidad de prediccion de un modelo depende tanto de la comprension cientifica fundamental de los procesos que esmn siendo mode­ lados, como de la traducci6n de esa comprensi6n dentro de algun esquema de calculo. En este punto, quedan todavia mu­ chos defectos importantes en la comprension cientifica del in­ cendio y de los procesos relacionados. Sin embargo, este conocimiento deficiente, nonecesariamente retrasara el desa­ rrollo de calculos que permitan un aumento en las predicciones. No es necesario comprender completamente un f~116meno en el contexto puramente cientifico, para que se pueda aprovechar un nivel inferior de entendimiento para finespracticos y de disefio. De hecho, Jos modelos actuales sacan mucho provecho del co­ nocimiento "imperfecto" para producir resultados aceptables. Pueden encontrarse discusiones mas generales sobre el .estado de laciencia relacionada con el incendio, en la investigacion de Emmons, Pagni y Friedman,8-10

Modelos de Zona de Incendio El ambiente del incendio en un cuarto es bastante complejo. Se han logrado aclaraciones importantes sobre el comportamiento del incendio por medio de una simple construcci6n conceptual l1amada modelizacion por zona. En esencia, un modelo por zona asume que el compartimiento puede idealizarse y componerse de dos regiones: (1) una regi6n superior, l1ena de gases calien­ tes de combustion y, (2) una region inferior, llena de aire esen­ cialmente frio. Cada region 0 zona es idealizada para que tenga temperaturas y concentraciones de gas uniformes. El plano que divide las dos zonas es la interface de la capa caliente que puede

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2-6

SECC10N 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

moverse verticalmente durante unincendio. La Figura 2.1.3 muestra una comparacion del perfil de temperatura en un inren­ dio que ocurre en un cuarto, con el modelo equivalente ideali­ zado por zona. En un caso, el concepto del modelo por zona coincide bastante bien con la realidad; en el otro, las diferencias se ven claramente. Las concentraciones de gas se idealizan de la misma manera. EI concepto del modelo por zona simplifica el ambiente rer­ mico del incendio en un cuarto, a solo dos temperaturas y a una altura de la interface, en lugar de un campo tridimensional de temperatura. Las simplificaciones importantes se realizan mate­ maticamenteypor COlJJputac.i6n._EstasJ,jmplificaciones, ,ha.n hecho que .sean manejables muchos problemas de incendio y han permitido que se logren progresos importantes. Por supuesto, son necesarios componentes adicionales para especificar completamente el ambiente del incendio. Senecesi­ tan los flujos de ventilacion, elarrastre del penacho, la transfe­ renda de calor y los modelos de combusti6n. Aun cuando cada uno de los submodelos de los componentes es bastante simple, el resultado cuando estos se unen, es un modelo complejo que requiere la utilizacion de computadores para realizar caIculos eficientes y pnicticos. Por definicion, los modelos pOI zona siempre seran aproxi­ mados. La clave es determinar si las predicciones estan "10 bas­ tante cerca" como para proporcionar una vision clara y significativa para la situaci6n que se esta estudiando. La mode­ lizacion por zona proporciona una vision clara de muchos pro­ blemas reladonados con el incendio. La pregunta real es bajo que condiciones estos modelos proporcionan resultados bastante acertados. Esta pregunta ha perrnanecido sin respuesta por mucho tiempo. Hay disponible una cantidad razonable de datos de validaci6n de ensayos bien caracterizados, que pueden ser comparados con modelos entre uno y seis compartimientos con escalas de longitud de 3,05 m (10 pies), que estan conectados pormediode un corredor y con un incendio conocido de mo­ desto tamafto de menos de 1000 kW (1055 Btu/S)Y·24 Ellimite hasta el cual pueden aplicarse efectivamente los modelos pOI zona en areas abiertas 0 en estructu.ras aItas,es incierto. Elparadigrnade un'modelodedos zonas no exc1uye·de porsisu utilizacion en estructuras grandes 0 aitas, sino que mas bien hace mas extensa la asumpci6n de propiedades uniformesdentro de una zona. Quintiere presenta un excelente resumen de las asumpciones fundamentales de la modelizaci6n por zona?5 Dis­ cusiones adicionales sobre el estado y las limitaciones de la mo­ delizaci6n por zonas, se presentan en otro sitio. 26-29 Aunque la cantidad de modelos de incendio por zona es muy grande, Fried­ man ha revisado el modelo de mayor disponibilidad 30 y, Beard ha hecho una revision de unos cuantos de los modelos mas am­ pliamente utilizados. 31 El estado de la modelizadon por zona como una herra­ mienta que predice los hechos puede evaluarse con cierta con­ fianza segUn se explica a continuacion. Para un cuarto relativamente pequefiO [9,3 (aproximadamente 100 pies cua­ drados)] con una fuente del incendio bien descrita, bien venti­ lada, puede estimarse la temperatura, la posicion de la capa y las concentraciones de gas con una exactitud aceptab1e. Una de las limitaciones de la modelizaci6n por zona, es lIenar con humo un corredor y luego los cuartos adyacentes, 10 que tambien puede

describirse adecuadamente. Este caso no implica que, para las condiciones que estan fuera de esta estrecha descripcion, la mo­ delizacion sea inexacta 0 inaceptable sino que por el contrario los resultados deben evaluarse cuidadosamente dentro del con­ texto del nivel de prediccion requerido, as! como de la eviden­ cia experimental independiente. Mas alla de comparar las predicciones con datos mentales obtenidos de los estudios de validacion de las Refe­ rencias 11-24 discutidas anteriormente, los aspectos involucrados en la evaluaci6n de los modelos de incendio han comenzado a recibir atenci6n en la comunidad tecnica de pro­ t~ciQJlQo!1tramcengio.

documentar yevaluarIos modelos deincendio esti co­ menzando a realizar la tarea de proporcionar documentos de orientacion, sobre la utilizacion de los modelos de incendio. ISO TC 92 SC 4 cuenta con grupos internacionales de expertos que tambien estin desarrollando una orientaci6n sobre la va1idaci6n y verificacion de los mo·delos. Aunque estos esfuerzos son los primeros pasos tentativos, estos reflejan el reconocimiento de que existe la necesidad dentro de la comunidad de lucha contra incendios, de comprender la aplicabilidad, las 1imitaciones y exactitud de los modelos de proteccion contra incendio que estan siendo utilizados en los analisis de riesgo y en el disefto. Las siguientes discusiones intentan describir brevemente el estado actual y las posibilidades a corto plazo para realizar mo­ delos de algunos fen6menos importantes. Ningtin mode1o se da por sentado, mas bien, la discus ion resume la capacidad inte­ grada de los modelos por zona de HARVARDIFIRST y

Ignici6n. Tanto la ignici6n mediante llama piloto como la sin llama piloto, las cua1es se deben al calentamiento por radiaci6n, pueden ser aproximadas y si se conoce la temperatura de igni­ cion, pueden utilizarse datos del ensayo de ignicion a pequefta escala (ASTM Comportamiento de la Combustion. Actualmente no puede predecirse el comportamiento de la combustion de un unico ar­ ticulo combustible. EI tratamientodeeste subfenomeno'Obvia­ mente importante en los modelos, se realiza a traves de correlacionesemplricas y/o datos de ensayo a gran escala. Son posibles las aproximaciones que utilizanensayos a pequefta es­ cala. 39 Es poco probable que a corto plazo se realice un trata­ miento mas fundamental. Los metodos empiricos, los datos a pequefia esc ala y a gran escala y las asumpcionesde las "bases de disefio" del incendio, contipuaran siendo parte de las bases de los mode10s por zona. Propagacion de la Llama. la modelizaci6n de la propagacion de la llama sobre interiores ha sido un area muy activa en el desarrollo del modelo. 40-47 Los modelos de propagacion de la llama utilizan el de datos provenien­ tes'rle ensayos a pequefta escala, tales como el calorimetro de cono y el aparato LIFT para predecir la propagacion de la llama y, latasa de liberaci6n de calor en incendios que oeurren en muros y esquinas. Estos modelos estan comenzando a ser in­ corporados como submodelos dentro de los modelos de incen­ dio por zona. 48 Se esperaque los conceptos desarrollados en este

CAPiTULO 1 • Introduce/on a la mode/izaclon del incendio

trabajo se utilicen para enfrentar los problemas mas dificiles de propagacion de la llama y la prediccion dc la tasa de liberacion de calor para articulos individuales combustibles. Efectos del Compartimiento Balance deenergia. Las aproximaciones tipo zonaestan siendo mejoradascon la inclusion de los penachos ode las lla­ mas que alcanzan el cielo raso, como subzonas. Puede calcu­ larse el calentamiento de un .cielo raso en las inmediaciones de una Harna 0 penacho. Pueden estimarse los niveles aurnentados de radiacion,pero no es posible predecir el efecto general sobre elconlpo'~r~el~o,d~L~g~e~d!~., __ ,_,.~,.. ~~._.~,_~,, __

Muros y esquinas. Los metodos actuales utilizados para apro­ ximar el impacto de los muros y esquinas sobrelos penachos, las alturas de las llamas y las llamas que alcanzan el cielo raso, son sospechosos. Es necesario trabajar en el desarrollo de algu­ nos modelos antes que estos submodeJos puedan mejorarse sen­ siblemente. Agotamiento .del oxigeno. Actualmentese trata utiJizando Ia heuristica junto con un indice limitado de oxigeno para Ja tasa de liberacion de energia. Incendio en nn Cuarto Multiple y Propagacion del Humo. Existen varios modelos que tratan la propagaci6n del humo a traves de multiples cornpartimientos utilizando la aproximacion normalizada de "llenado" de hurno de dos zonas. Dependiendo del. problema que esta siendo analiza do, este planteamiento puede producir resultados aceptables. Los limitados estudios empmcos .sobre el fluj 0 de hurno en los corredores pueden inte­ grarse a corto plazo con resultados inciertos. Los flujos en chi­ meneas, escaleras y a traves de. aberturas horizontales de ventilaci6n son mas problematicos. Se requiere de cierto trabajo . experimenta1. 50,51 Se espera que a eortoplazo esten disponibles las aproximaciones que seran de gran utilidad. 'En laactualidad, la propagaci6n del incendio se limita a la ignici6n remota de.objeros.alejados debido,al oalentamientoge­ nerado.por las Uamas yla capa'caliente. La propagacion del fuego hacia los compartimientos multiples es en principio.pre­ decible.Los efectos desconocidosde los ..compartimientos ,mul­ tiples.muy proxim6s quese queman a 10 largo de.un corredor fullco, pueden ser importantcs.Actualmentelapropagacion del incendiodebido a lajgnicion de una capa calientesigue sin 80­ lucion. Ventilacion Forzada. Varios modelos han intentado manejar la ventilacion forzada bajo las configuraciones simples de las abertnras de ventilaci6n. 52 Parece que hay muchos aspectos tec­ nicos importantes sin resolver dentro de la comprension total de la ventilaeion forzada y los incendios, 10 cual impide en muchos casos una modelizaci6n efectiva. Predicciones de la Post-combustion Subita Generalizada (Flashover). El inicio de la combustion siibita generalizada dentro de un compartimiento plantea un dificil problema de pre­ dicci6n. Los problemas tecnicos importantes sin resolver, inclu­ yen la prediccion de una tasa de combustion aumentada por la

2-7

radiacion;.la combusti6n en las aberturas de ventilacion y la pro­ pagacion .de la llama por los corredores. 53 Existe un area dondelos incendios posteriores ala com­ busti6n subita generalizada estan muy bien caracterizados. La prediccion de la temperatura como una funcion del tiempo para calcular la resistencia al fuego de una estructura, esta muy bien desarrollada. Los plantearnientos de diseiio .que utilizan mode­ los posteriores a la combustiOn subita generalizada son altema­ tivas aceptadas en variospaises para los requisitos establecidos de resistencia al fuego. Sin embargo, estos resultados positivos se han obtenido en modelos de una zona unica. Los modelos de . .oos-zonas,-eoInO' el-eFA:S'f;1iemleapredeclf-.ell' exceso'las'tem­ peraturas en los incendios de eompartimientos posteriores a la combustion .subita generalizada, especialmente paragrandes abertnras de ventilacion. 54 EI modele escapaz de.producir tem­ peraturas predecibles de la capa, las cuales son superiores a cual­ quier temperatura
de Supresion, Se ha realizado exitosarnente un modelo de.suprt;:sion de incendio con un sistema de gas de inun­ dacion total y con un sistema de neblina de agua. 55,56 Aunque se esm realizando un esfuerzo en la investigacion de modelos de supresion de incendios po/medio de aplicaci6n de agua,57 no se esperaque en un futuro cercano se obtengan disefios de aplica­ cion .general 0 procedimientos de analisis.

Modelizacion de los Efectos del Incendio

Dano por el calor. Si se conoce la temperatura en el borde de una

pieza de un equipo 0 material, pueden utilizarse calculos norma­

lizados de transferencia de calor junto con los modelos de incen­

dio, para estimar la dependencia del tiempo 0 el grado de dafio.

Dano por el humo. Generalmente, las estimaciones del dafio causado por el humo que reflejan la sensibilidad del equipo ex­ puesto y el tipo de hurno 0 incendio involucrado, no estan dis­

2-8

SECCION

2.

Ami/isis para proteccion contra incendios

ponibles. Estos calculos involucran una serie de incertidumbres asociadas con el transporte del humo frio y como este se depo­ sita, con la prediccionde la produccion y las propiedades del humo, la gran variabilidad de las propiedades del hurno y la sen­ sibilidad del equipo a esta amplia variacion de tipos de humo.

Interaccion Humana. Visibilidad. Los datos experimentales limitados sobre la visi­ bilidad, unidos a las medici ones de la concentracion de humo de produccion constante a pequefia escala y a las mediciones opti­ cas de la propiedad, perrniten obtener unas estimaciones apro­ ximadasde Ja_Yisibilidad. deJQSseres hUman08 .t
Modelos de Dinamica de Fluidos p~rCompl:lta
se

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detallado para los modelos CFD, pero es solo cuestion de tiempo hasta que los modelos CFD pueden acomodar un amplio rango de fenomenos. 59, 6D A pesar de su alcance limitado, los modelos CFD estan haciendo contribuciones importantes a la seguridad contra incendio de hoy en dia. La aplicacion del CFD a los problemas de incendio, ha au­ mentado dramaticamente. La disponibilidad inmediata de los paquetes comerciales del CFD cada vez mas sofisticados per­ mite aplicaciones mas generalizadas. La gran mayoria de usos de estos programas no tienen nada que ver con los problemas del incendio sino que se preocupan par d flujo de fluidos en las tu­ .1Jerias,el ih!iQde cOl1veccionen cen:aIiljen!os,elenfriillTIiento de los paquetes electronicos, etc. 61 En general, no se han hecho evaluaciones criticas de estos metodos, relacionadas con su uti­ lizacion en problemas de incendio. Ya que las ecuaciones basicas de energia-masay de conser­ vacion de momento, son identicas para todos los problemas, estos codigos tienen un imp acto potencialmente dramatico y re­ volucionario sobre la modelizacion del incendio. Las dificultades en la modelizacion CFD de los incendios recaen en dos areas. Primero, actualmente no es posible hacer una simulacion directa de las llamas de difusion turbulenta (es decir, un incendio); de ahi que la propia fuente del incendio deba ser aproximada. Otro fe­ nomeno importante que solamente puede ser aproximado inc1uye la turbulencia, particularrnente los grandes remolinos asociados con fuertes columnas de humo y llamas y, el intercambio de ra­ diacion termica entre el hollin, los gases y las superficies so1idas. Segundo, hay una amplia variacion en la capacidad de estos co­ digos para manejar los fenomenos especificos que son importan­ tes en la moqelizacion del incendio. Esto ha generado el desarrollo de modelos CFD especificos para las aplicacion en modelacion de incendios. 62 , 64 Se ha hecho un enfoque significa­ tivo hacia la modelizacion de la propagacion de la llama y del de­ sarrollo del fuego. 65 , 70 Aunque el problema general de propagacion de la llama todavia no puede ser predecido con los modelos CFD existentes, se ha hecho un progreso importante. En este momento, la modelizacion de la combustion y los flujos resultantes.de .calor.parecen seT eLproblema restante mas difIcil. .Losprogramas requieren' de un· esfuerzo ·de· computacion sustancial, aunque la mayoria de ellos estin disponibles en las versiones para computadores personales. Pero 10 mas impar­ tante, es que estos requieren de usuarios sofisticados debido ala complejidad para definir las condiciones iniciales y los limites. Los programas de modelizacion CFD tienen problemas de apli­ cacion potenciales directos e inmediatos, los cuales son genera­ dos en gran parte por la mec~nica de fluidos. Estos problemas incluyen el flujo de humo en un campo alejado, los detalles de flujo y la transferencia de.calor hacia geometrias complejas (por ej., los fusibles de rociadores) y, el imp acto de los flujos de ven­ tilacion fija sobre los flujos impulsados por la flotabilidad. Las aplicaciones de los modelos CFD para los problemas del inc en­ dio han inc1uido las terminales de aeropuertos y los atrios, las estructuras soportadas par aire, las estaciones generadoras elec­ tronicas, las cabinas de las aeronaves, los mneles, las salas de hospitales y los centros comerciales. 71 . 79 La mayoria de los modelos CFD utilizan modelos empiri­ cos de turbulencia. Un enfoque alternativo, conocido como mo­ delos de gran remo lino, esm siendo desarrollado y aplicado y, se

CAPiTULO 1 •

estA haciendo un modelo directo de turbulencia a granescala. 80 Aunque la computacion es intensiva, el metodo es muy prome­ tedor. La modelizacion LES ha tenido exito·en los modelos de flujos de flotabilidad y en lainteraccion de los flujos del incen­ dio con el agua descargada por los rociadores. 8O-85 Mientras que la validacion de modelos tan detallados como los modelos CFD es una ardua tarea, han comenzado a aparecer en la literatura estudios en los cuales se calculan los datos expe­ rimentales y las predicciones de los modelos CFD.86-91 Laevaluacion de los resultados CFD para una aplicacion particular plantea retos especificos. La cantidad real de infor­ .maGWn'PFodueida,·ia-importancia1iei-tamafirrdeinedlie·ccrmc putacion y las sutilezas en el tratamiento interno del modelo con una fisica importante, requieren'un gran esfuerzopara eva­ luar de manera -critica los resultados y asegurar la confiabilidad de los mismos. Por ejemplo, las diferenciasentre las aproxi­ maciones tradicionales de turbulencia y la verdadera mecanica de fluidos inducida por elincendio pueden dar Iugar a proble­ mas de modelizaci6n incluso para los flujos simples de la co­ lumna del incendio.92 Se estan efectuando esfuerzos para incluir la interacci6n de las pulverizaciones de los rociadores y los campos de flujo in­ ducidos por el incendio. 93 - 98 Estos modelos se centran solamente en los aspectos de interacci6n de la mecanicade fluidos y no se ocupan del efecto del agua sobre la combustion.

Modelos Probabilfsticos Los medelos del incendio por probabilidad pueden clasificarse en tres clases: (1) redes, (2) estadisticos y (3) simulacion. Cada una de elIos trata las dudas asociadas con los procesos del cre­ cimiento del incendie.Los medelos de redes son modeles del crecimiento del incendio, en los cuales la transicion de un estado del incendio a otre y la efectividad de los sistemas de supresion de incendios, la lucha manual contra incendios, la protecci6n pa­ siva contra incendios, etcetera estan gobemadasporlas proba­ bjlidades asignadas por eillsuario, las cuales sebasan en datos historicoso en'evaluacionest'leIngenierfa0 ambes. En algunos casos; estas probribilidades son val ores Unicos y enotros mode­ les, las probabilidades dependen del tiempo. Los modelos estadisticos representanla probabilidad de que ocurra un hecho tal YCOIDO 10· detenninan los datos ·historicos. Un chisico ejeinp10· de un modeloestadfsticoesque se presen­ ten alarmas de incendio. Las alarmas de incendio sen eventos aleatories que, dentro de ciertas restricciones, son'unifonnespor su naturaleza. Esto qui ere decir, un incendio 0 una alarma de in­ cendio puede ocurrir con la misma probabilidaden cualquier momento. Claramente, una de las restricciones de este compor­ tamiento es que debe controlarse la hora del dia. Esbien cono­ cido que los incendios son una funcion de la hora del dia, de modo que hay que restringir la atenci6n a una sela hora del dia. La probabilidad de que ocurran alannas de incendio k a Ie large del perfodo s estA determinada por

P(k) = ()sl­ k! donde A es la frecuencia promedio de las alarmas de incendio. Este modelo estadistico describe la prebabilidad de que ocurra

Introducci6n a la modelizaci6n del incendio

2-9

un numero dado de alarmas, k, durante un perfodo especifico de tiempo, s. Un modelo estadistico como este puede ser muy uti! en la planeacion de los recursos de la protecci6n contra incendios. bosmetodos de simulacion ensayan diferentes grupos de condiciones para determinar como estas afectan el resultado. Con frecuencia se utilizan las probabilidades para sopesar los resultados para cada grupo .de ,cendiciones yproducir un resul­ tadoglobal esperado. Los medelosde simulacion pueden pre­ decir los resultados para un grupodadode condiciones, utilizando otros modelos fisicos, por probabilidado por deter­ minacion, En el Ultimo caso, los modelos de simulaci6n cons i­ ~eran-qtre-Ios··incendios·~gOIr-p(jf·


incendio esta completamente definido. Sin embargo, se asume que las entradas de datos a losmodelos siguen los modelos por probabilidad. Por 10 tanto, las entradas de datos al modelo por determinaci6n son tratadas como variables aleatorias. Dichas variables pueden incIuir la pieza de mobiliario que se quema 0 cuan abierta estA la puertacuando se inicia el incendio. Serea­ 1iza una largaserie de ejecuciones seleccionando las entradas de datos a partir de.Ios modelos por probabilidad y se examinan el rango y la frecuencia deJos diferentes resultados. Dicha mode­ lizacion combina tanto los elementos de los modelos por proba­ bilidad como los de los modelos por determinaci6n. 99 Los medelos por probabilidad estAn adquiriendo gran im­ portancia en la valoraci6n deLriesgo dentro dela comunidad que lucha contra el incendio. Varios llletodos que sebasan en el riesgo esran bajo un desarrollo continuo, sobre todo en Austra­ lia y CanadaY)()-I03 Estossehan aplicadoalas clases de edifi­ caciones, aedificios individuales y a las embarcaciones.

TENDENCIAS Despues de discutir brevemente las capacidades actuales y a corto plazo de los modelos para predecir los efectos del incen­ dio, nos concentraremos ahora en las tendencias observables y en las posibilidadespara e1 futuro de la modelizacion,

Capacidad dePredicci6n Aunquese han hecho progresos,'la·capacidad deprediccion de los modelos porcomputadores limitada. No se sabe con certeza los limites hasta los cuales pueden aplicarseestos model os. Es iguaimente claro que la investigaci6n que se esta llevando a cabo y les esfuerzos de desarrollo que pretenden reselver algu­ nos de estas dudas, resul{aranen una capacidad de predicci6n mejorada.Continuara el uso de la heuristica para ayudar a sim­ plificar los problemas particuiannente dificiles. La confianza en las capacidades de los modelos aumentara con una validaci6n mejorada y una utilizacion cuidadosa.

Aplicaciones Las aplicaciones de la modelizacion han incluido ellitigio de­ bido al incendio y la reconstruccion del incendie, el analisis de riesgo de los materiales de la edificacion y su contenido y la eva­ luaci6n de las excepciones 0 equivalencias del c6digo de cons­ truccion. Sin embargo, los modelos por computador y otras

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SECCION 2 •

AnaJisis para proteccion contra incendios

herramientas anaHticasno han sido integrados dentro de Ia pnic­ tica de disefio de la ingenieria de proteccion contra incendios. Se han publicado varios estudios de casos de incidentes de ineendio "reconstruidos"que utili zan modelos por eomputa­ dor.l04-108 Generalmente, estos demuestran como un modelo por eomputador que es utilizado como parte de un analisis de inge­ mena mas es una herramienta poderosa. Una leccion que se obtiene de estosestudiosdel caso, es que el estado de fa cuestion no es establecer un archivo de datos de entrada razo­ nable y que elcomputador describa como evoluciono el incen­ dio. Mas bien, los modelos se utilizan mas apropiadamente .para ev.alu.ar_ ~n t~:rJl1inQsapr9-x,imagos .la secUEmci", gel evento 0 para estableeer con mas detalle si es razonable que se produzca un tipo U otro de crecimiento de ignicion y, para esta­ blecer los escenarios de propagacion. Estos programas tambien se emplean para plantear preguntas de "que pasa si" relaciona­ das con la contribucion de un material particular, un articulo del mobiliario, etc. comparada con uno de mayor 0 menor combus­ tibilidad, con la tasa de liberaci6n de energia, etcetera. La ma­ yoria de las aplicaciones de modelizaci6n suceden actualmente y han ocurrido en el pasado reciente, en circunstancias de liti­ gacion debido a incendios. La mayoria de estas aplicaciones nunca son publicadas. El uso de la modelizaci6n en la litigaci6n yen lainvestiga­ ci6n pOI incendios va a expandirse. EI problema de reconstruc­ ci6nde incendios se presta facilmente parautilizar herramientas de modelizaei6n. Con frecuencia las aplicaciones por fuera de la litigacion se asocian con la evaluacion del riesgo de incendio planteada por un producto 0 materiaL 109-1l3 La modelizacion recibio un gran impulso dentro del contexto para predecir el "riesgo t6xico" plante ado por los materiales.Se ha iniciado la combinaci6n de los modelos por determinacion con los metodos de evaluacion de riesgos, dentro de los esquemas de la evaluacion integrada del riesgo. 1l4, 115 El metodo permite que unointegre las propiedades de Ia ignicion, la inflamabilidad y Ia toxicidad con el uso final del material bajo varios escenarios, para estimar el resultado. Como siempre, la calidad de estas aplicaciones es irnpulsada por los metodos, los datos, Iasaproximaeiones~y·las· suposieiones utilizadas. Las aplicaciones adicionales que reflejan el aumento en el uso de los modelos 1l2 para un range de aplicaciones, pue­ den encontrarseen un trabajo realizado por Bukowshi, Bengs­ ton y Haggiund1J6 y por Hagglund y Wickstrom. ll7 Mientras que las aplicaciones actuales estan de cierto modo limitadas en cuanto al uso de "rutina", la tendencia ha sido un nipido incremento en la aplicaci6n de los modelos en todos los aspectos de la proteccion contra incendios. Claramente, la utili­ zacion de modelos en las investigaciones y en las litigaciones de incendios continuara y tambien aumentara su aplicacion a ins­ talaciones y problemas especiales, los cuales no se ocupan di­ rectamente de los c6digos y normas. Las aplicaciones de la modelizacion CFD a instalaciones yproblemas unicos deben in­ crementarse dramaticamente. Actualmente hay un uso generalizado de la modelizacion enel disefio y evaluacion de la seguridad contra incendios de los edificios e instalaciones. Estas aplicaciones surgen con frecuen­ cia dentro del contexto de un enfoque "de equivalencia del co­ digo" 0 "basado en el desempefio"para la seguridad contra

incendios. Hay relativamente pocos problemas relacionados con La seguridad contrd incendios para los cuales es posible la com­ paracion 0 equivalencia directa, basada en la predicci6n del ere­ cirniento del incendio 0 en la propagacion del humo. Casi siempre hay involucrados factores probabilisticos, de riesgo, econ6micosypoliticos. Los modelos por computador todav!a son utiles, no.obstante, su casinaciente estado de desarrollo, ya que estos proporcionan la habilidad de comparar aproximada­ mente las condiciones de incendio esperadas a traves de un rango de escenarios. El imp acto potencial de varias estrategias de in­ tervencion, tambien puede ser evaluado de una manera tosca. . '<\W191;l~~ha.y !.irI!!ta.ciolles_sigrlitic:~~ya~ e.ll~ .:tr3l:tal1!iellto de Ia fisica la cual es importante en los modelos ampliamente uti­ Iizados, las dificultades principales surgen en el contexte gene­ ral del uso del modelo. La selecci6n apropiada de los parametros de los datos de entrada esperados 0 en el peor caso, el consensosobre los factores de seguridado los margenes de se­ guridad que deb en aplicarse y, de manera mas fundamental, la falta de objetiyos de disefio claroscontinuan siendo areas im­ portantes de preocupaeion. Las diferencias significativas en los resultados ~e los anaIisis de modelizaci6n de seguridad contra incendios,parecen presentarse mas a partir de estos factores ex­ teruos que de las limitaciones de cualquier modelo en particular. Existe una pregunta importante sobre la aplicacion de estos modelos en el diseflo de la seguridad contra incendios, la cual esta relacionada con los codigos de construcci6n y las normas de seguridad contra incendios. Las determinantes mas irnportantes en esta area probablemente senln el grade hasta el cual pueden annonizarse los codigos y normas relativamente establecidos, con mas disefios basados en el desempeflo y con metodos de in­ genieria. Esto es, por supuesto, mas cOIT\plieado de 10 que pa­ rece, debido a las realidades legales, soeiales y poHticas bajo las cuales se aprueban las edificaciones. Un prerrequisito adicional para el uso general de la modelizacion en el disefio de los edifi­ cios, es la necesidad de tratar con Ill. naturaleza de la probabili­ dad inherente a los eventos relacionados con el incendio y con la "confiabilidad" de varias caracteristicas de la.construccion y de.los sistemas.4e seguridad. Se han .sllgerido varios pIantea­ mientos genericos para integrar·la ·modelizaci6n pordetennina­ ci6n con los problemas de probabilidad. 1O{)"W3,11,8,1l9 Este reto tambien plantea la maxima oportunidad. El tremendo potencial de este significativo avance tecnologico para mejorar la seguri­ dad contra incendios, sera reconoeido y aprovechado.

Hardware I

Es relativamente segura pronosticar que eontinuara emergiendo un hardware de computadores mas poderoso y f:icil de usar. La ultima decada ha sLdo testigo de una revolucion en la capacidad de los computadores disponibles para los individui)s. Esto ha eliminado la mayoria de los problemas de velocidad de compu­ tacion con respecto a los mode1os por zona. Los requisitos de computaci6n de los modelos CFD se han reducido, pero conti­ nuaran siendo un reto. Los desarrollos en el hardware tambien deben extender de manera apreciable el rango y utilidad de estos metodos de cal­ culo, tal vez dentro del mundo de "tiempo real" del comandante de incidentes de incendio. El uso de estos modelos junto con un

CAPiTULO 1 •

entren.amiento interactivo por medio del video y la simulaci6n, probablemente hani que los "simuladores de incendio"esten dis­ ponibl es de manera generalizada, para 108 departamentos de bomberos. 120 Los desarrollosa largo plazo del hardware en el area de sensores inteIigentes integrados con el software derivado de la modelizaci6n de incendios, pueden revolucionar la detecci6n del fuego. El edificio "inteligente" inc1uini protecci6n contra in­ cendios.

Aceptaci6n ---~-~-- ~-

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un ~aullIe~to~n laaceptacion de los resulta­ dos que han sido predecidos para resolver las preguntas sobre segurid.ad contra incendios continuani y probab1emente se ace­ 1erara. Una decada de progreso continuo en la mode1izaci6n, junto con el incremento en la cantidad de estudios de aplicacion publicados en el NFPA Journal y en otta literatura sobre incen­ dios lefda ampliamente, ha llevado a un enfoque mas abierto del tema por parte de los oficiales de construcci6n y de incendios. El progreso relacionado con la integra cion de estos metodos dentro del disefio de las instalaciones es mas problematico.

Validaci6n Se han emprendido numerosos estudios de validacion sobre los model os del incendio por computador. La gran mayona se han hecho en compartimientos relativamente pequenos [9,3 m 2 (I 00 pies2)J con fuentes de incendio bien defrnidas (cunas, in~endios de charco 0 quemadores de gas). En general, el mejor acuerdo que puede esperarse es ± 20 por ciento en terminos de la tempe­ ratura y profundidad de 1a capa de humo. Es poco probable dadas las realidades de fmanciacion y de prioridades, que cualquier validaci6n sistematica significativa y completa alguna vez sobre cualquier modelo. Se . puede argumentar que una validacion completa es un objetivo poco practico. Establecido esto, los modelos senin evaluados y los resultados seran aceptados dentro de un marco de tiempo de evolucionrelativamente lentD. Es obvia la obligacion que esta falta de validacion independiente, pone sobre los usuarios y las autoridades que aprueban los model os. Debe prestarseespecial atencion para poder utilizar estos programas dentro de sus limi­ tes establecidos y, tal vez mas importantes. aun, para buscar los datos experimentales para casos simi1ares al problema que esta siendo evaluado. La falta de estudios de validacion no debe to­ marse como fundamento para rechazar la utilizaci6n 0 los re­ sultados de un modelo en cualquier caso particular. El panorama de la validaci6n puede rnejorar dramaticamente, si se aclarara que la falta de estos estudios era una barrera significativa para un uso mas generalizado.

Ensayo de Inflamabilidad del Material El desarrollo de los metodos de ensayo de incendios a pequeful escala, el eual en principio permite la extrapolaci6n de los re­ sultados a "incendios reales", fue esencial para el desarrollo de la modelizacion. Algunos de estos metodos de ensayo han sido normalizados por laASTM y la NFPA. Los datos de entrada re­

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Introduccion a la mode/izacion del incendio

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queridos POf los model os, los cuales describen el comporta­ miento de la combustion, la tasa de liberaci6n de energia, las propiedades del humo y los productos del gas de combustion ge­ nerados por los materiales, provienen principalmente de estos metodos de ensayo a pequefia escala. Se espera que aurnente la disponibilidad de estos datos para un range mas amplio de pro­ ductos y materia1es. La disponibilidad se acelerara dramatica­ mente si se hace referencia a estos metodos de ensayo en los c6digos de construcci6n y en las normas de incendios en lugar de 0, junto con los metodos mas tradicionales. Como los modelos forman la base para
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SECCION

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Analisis para proteccion contraincendios

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-~-'~"'.

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35. Peacock, R. D., Reneke, P. A., Davis, W D., and Jones, W W, "Quantifying Fire Model Evaluation Using Functional Ana1yr sis," Fire Safety Journal. Vol. 33, No.3, 1999, pp. 167-184. 36. Beard, A. N., "Fire Models and Design," Fire Safety Journal, Vol. 28, No.2, 1997, pp. 117-138. 37. Mitier, H. E., and Rockett, J.A., Users Guide to FIRST, Com­ prehensive Single-Room Fire Model, NBSIR 87-3595, National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD, 1987. 38. Je)lles, W. W, andPe<;lcock, R. D,,Technical Reference Guidefor C-F4STVersion 18, NISTTechnicaI Note 1262, Kational Insti­ tute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1989, 39. Babrauskas, v.. and Wickstrom, U., 'The Rational Development of Bench-Scale Fire Tests for Full-Scale Fire Protection,".f'ire Safety Science-Proceedings of the 2nd International Sympo­ sium,Hemispheref'ublishingt'orporation;·NewY'6rk,·19·89; 40: Harkleroad, M.,Quintiere,J., and Walton,W.,"Radiativdgni­ tion and Opposed-Flow Flame Spread Measurements on Materi­ als," DOTIFA.AJCr83/z8 Aug. 1983; U.S. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, Technical Cen­ ter, Atlantic City Airport, NJ .. 4 L Quintiere, J. Q., "Status of Fire Research and Safety," Fire Safety Science-Proceedings of the 2nd International Sympo­ sium, Hemisphere Publishing Corporation,New York, 1989. 42. DiNenno, P. J., and Beyler, C. L., "Fire Hazard Assessment of Composite Materials, the Use and Limitation of Current Hazard Analysis Methodology," Proceedings of the ASTM Symposium on Fire Hazards and Fire Risk Assessment, San Antonio, TX, December 3, 1990. 43. Qian, c., and Saito, K., "An Empirical Model for Upward Flame Spread Over Vertical Flat and Comer Walls," Fire Safety Sci­ ence-Proceedings of the 5th International Symposium,. Interna­ tional AssociatlOn for Fire Safety Science, 1997, pp. 285-296. 44. Beyler,o. L., Hunt, S. P., and Iqbal, N., "A Computcr Model of Upward Spread on Vertical Surfaces," Fire Safety Sci­ ence-Proceedings ofthe 5th International Symposium, Interna­ tionalAssociatlOn for Fire Safety Science, 1997, pp. 297-308. 45, Kokkala, M., Baroudi, D., and Parker, W J., "Upward Flame Spread on Wooden Surface Products: Experiments and Numeri­ cal Modelling," Fire Safety Science-Proceedings of the 5th In­ ternational Symposium, International Association for Fire Safety Science, 1997, pp. 309-320. 46, Lattimer, B. Y.. Hunt, S. P., Sorathia, U., Blum, M., Gracik, T., McFarland, M., Le, A., and Long, G., "Development of a Model for Predicting Fire Growth in a Combustible Comer," NSW­ CCD-64-TR-1999/07, Navy, Naval Surface Warfare Center-Carderock Division, 180 pp.,Nov. 1999. 47: Beyler;C.L;Hunt, S.P;;·Lattimer,·B.Y., tqbal; N.,Lauten­ berger, C., Dembsey, N.,Barnett, J.,Janssens; M., arid Dillon, S., "Prediction of ISO 9705 Room/Corner Test Results," R&DC­ 215-99, U.S. Coast Guard Research and Development Center, GrotOn, CT, 1999. . . . 48. Liitimer, B. Y. Wright, M., and Cutonilli, J., "Composite Fire Hazard Analysis 1001 for Topside Structures (CFlL\-n-.:Version 3.0," NSWCCD-65-TR-2000/l0, U.S. Navy, Naval Surface War­ fare Center-Carderock Djvision, Dec.2000. 49. Babrauskas, V., et aI., "The Role of Bench-Scale Test Data in As­ Real-S;;ale Fire Toxicity," NIST Technical Note 1284, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, IvID, Jan. 1991. 50. Emmons, H. W, "The Ceiling Jet in Fires," l'<'IST-GCR-90-582, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD,Oct.1990. 51. Steckler, K., "Fire-Induced Flows in Corridors-A Review of Efforts to Model Key Features," NlSTIR 89-4050, National In­ stitute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, Feb. i989. 52. Steele, S., and Rockett, J. A., "Application of the Harvard Multi­ room Fire Simulation Where Forced Ventilation Is Important,"

CAPiTULO 1 •

Introducci6n a la modelizaci6n del incendio

2-13

Fire Safety Science-Proceedings of the 2nd International Sym­ 72. Pericleous, K. A., "The Field Modeling of Fire in an Air­ posium, Hemisphere Publishing Corporation; New York,\J989. Supported Structure," Fire Safety Science-Proceedings of 53. Gottuk, D. T., and Lattimer, B., "Effect of Combustion Condi­

tbe 2nd International Symposium, Hemisphere Publishing tions on Species Production," SFPE Handbook ofFire Protec­

Corporation, New York, 1989, tion Engineering, 3rd ed., P. J. DiNenno et aL (Eds.), National

73. Huhaten, R., "Numerical.Fire Modeling of a Turbine Han," Fire Fire Protection Association, Quincy, MA, 200 I.

Safety SCience-Proceedings of the 2nd International Sympo­ 54. Buchanan, A. H., "Modelling Post-Flashover .Fires With

sium, Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1989. FastUte," Journal ofFire Protection Engineering, Vol. 9,No. 3,

74. Galea, E. R., and Markatos, N. C., "Modeling of Aircraft Cabin 1998, pp. 1-11.

Fires," Fire Sqfety Science-Proceedings of the 2nd Interna­ 55. DiNenno, P. "Halon Replacement Clean Agent Total Flooding tional Symposium, Hemisphere Publishing Corporation, New Systems," SFPE Handbook ofFire Protection Engineering, 3rd York,1989. ed., P. J. DiNenno (Ed.), National Fire Protection Association, 75. Kumar, S., and Cox, G., "Matbematical Modeling of Fires in Quincy, MA, 200 I. Road Tunnels," Proceedings of the 5th International Conference 56. Back, G. G., Beyler, C. L., and Hansen, R, "A Quasi-Steady­ onAerodynami~.!'lll1d.yel1!il
Studies," Journal ofFire Protection Engineering. VoL 1, No.2, Predictions of a CFD Model with Experimental Data," Fire

1989, pp. 63-76. Safety SCience-Proceedings of the 6th International Sympo­

w.,

2-14

SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

sium, International Association for Fire Safety Science, 2000, pp. 543-554. Luo, M., and Beck, v., "A Study of Non-Flashover and

Flashover Fire in a Full-Scale Multi-Room Building," Fire

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Mawhinney, R., Galea, E., Hoffinan, N., and Patel, M., "A Criti­ cal Comparison of a Phoenics Based Fire Field Model with Ex­ perimental Compartment Data," Journal ofFire Protection Engineering, Vol. 6, No.4, 1994, pp. 137-152. Nam, S., and Bill, R G., "Numerical Simulation of Thermal

Plumes," Fire Safety Journal, Vol. 21,1993, pp. 231-256.

Forney, G. P., and McGratten, K B., "Computing the Effect of Sprinkler Sprays on Fire-Induced Gas Flow," Proceedings of the International Conference on Fire Research and Engineering,"

I 06. Levine, R. S., and Nelson, H. E., Full-Scale Simulation ofa Fatal Fire and ComparisonofRes.ults with Two Multiroom Mod­ els, NISTIR 90-4268, National Institute of Standards and Tech­ 90. nology, Gaithersbmg, MD, 1990. 107. Alvares, N., "Detlning Fire and Smoke Spread Dynamic.s in the 91. DuPont Plaza Fire of31 December 1986," Proceedings of the Intemational Conference on Fire Research and Engineering, So­ ciety of Fire Protection Engineers, Boston, MA, September 10-15,1995. 92. 108. Bukowski, R. w.. and Spetzler, R. C., "Analysis of the Happy­ land Social Club Fire with HAZARD I," Journal ofFire Protec­ 93. tion Engineering Vol. 4, No.4, 1992. 109. Clarke, E, and D1Nenno, P. J., "Computer-Based Analysis of the Fire Hazard of Fumiture Materials," Proceedings of the SPI28th . Society0f~FirePcl'QtectionEngineers,Bost()n;MA;September ··-~ual Technical ~onfereace,San·Antonio,:rX:i·1.-984 .-....... 10-15,1995. 110. Clarke, F., and DiNenno, P. J., "Fire Safety of Wire and Cable 94. Hadjisophocleous, G., Kim, A., and Knill, K., "Modeling of a Materials, Part III," Proceedings of the International Wire and Fine Waters pray Nozzle and Liquid Pool Fire Suppression," Pro­ Cable Symposium, Reno, NY, November 1984. Ill. DiNenno, P. J., "Mathematical Fire ModeIing-Toward the Ra­ ceedings of the International Conference on Fire Research and Engineering, Society of Fire Protection Engineers, Boston, MA, tional Integration of Fire Features," BVDISPI Conference September 10-15,1995. on Fire Protection Concepts, March 1984. 95. Hoffinann, N. A., and Galea, E. R., "On the Eulerian-Eulerian 112. Bukowski, R., "Toxic Hazard Evaluations of Plenum Cables," Approach to Fire Sprinkler Modeling," Journal ofFire Protec­ Fire Technology, Vol. 21, No.4, 1985, pp. 252-266. tion Engineering, Vol. 3, No.4, 1991. 113. Peacock, R D., and Bukowski, R. w., "A Prototype Methodol­ 96. Kumar, S., "Superdrop Modelling ofa Sprinkler Spray in a Two­ ogy for Fire Hazard Analysis," Fire Technology, Vol. 26, No.1, Phase CFD-particle Tracking Model," Fire Safety Science­ 1990, p. 15. Proceedings of the 5th International Symposium, International 114. Clarke, F. B., Bukowski, R. w., Stiefel, S. w., Hall J. R., and Association for Fire Safety Science, 1997, pp. 889-900. Steele, S. A., "A Method to Predict Fire Risk: The Report of the 97. Nam, S., "Development of a Computational Model Simulating National Fire Protection Research Foundation Risk Project," Re­ the Interaction Between a Fire Plume and a Sprinkler Spray," port to the National Fire Protection Research Foundation Fire Safety Journal, Vol. 26, No.1, 1996, pp. 1-33. (NFPRF), Quincy, MA, 1990. 98. Nam, S., "Numerical Simulation of the Penetration Capability of lIS. Hall,1. R., and Sekizawa, A., "Fire Risk Analysis: General Con­ ceptual Framework for Describing Models," Fire Technology, Sprinkler Sprays," Fire Safety Journal, Vol. 32, No.4, 1999, pp.307-330. Vol. 27, No.1, 1991,pp. 33-53. 99. BlasdelL W., Monte Carlo Simulation ofFire Growth, Center for 116. Bengston, S., and Hagglund, B., "The Use of Zone Model in Fire Fire Safety Studies, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, Engineering Applications," Fire Safety Science-Proceedings of MA,1987. the 1st International Symposium, Hemisphere Publishing Corpo­ 100. Hasofer, A. M., and Beck, V. R, "A Stochastic Model for Com­ ration, Washington, DC, 1986, pp. 667-'675. partment Fires," Fire Safety Journal, Vol. 28, No.3, 1997, 117. Hagglund, B., and Wickstrom, U., "Smoke Control in Hospi­ pp.207-225. tals-A Numerical Study," Fire Safety Journal, Vol. 16, 1990, 101. Beck, v., and Zhao, L., "CESARE-RISK: An Aid for Perfor­ pp.53-'63. 118. Ling, W. C., and Williamson, R. B., "Using Fire Tests for Quan­ mance-Based Fire Design-Some Preliminary Results," Fire Safety Science-Proceedings of the 6th Intemational Sympo­ titative Risk Analysis," Fire RiskAssessment, ASTM STP 762, American Society for Testing and Materials, W. Conshohocken, sium, International Association for Fire Safety Science, 2000, pp.159-170. PA,1982. 102. Yung, D., Hadjisophocleous, G. v., ruld Proulx; G.; "Modeling 119. Wakamatsu, T., "Development of Design System for Building FireSafety,'Y·Pire Safety ,'i'cience-Proceedings ofthe 2nd'Inter­ Concepts for the Risk-Cost AssessmentModel FIREBAM and its Application to a Canadian Government Office Building," Fire national Symposium, Hemisphere Publishing Corporation, New Sqfety Science-Proceedings of the 5thlnternational Sympo­ York,1989. 120. "From Bums to Bytes,"NFPA 100 Years, Fire Service Overview, sium, International Association for Fire Safety Science, 1997, pp.619-'630. supplement to the NFPAJournal, 1996, pp . .3I-32. 103. Zhao,L., and Beck, V., "The Definition of Scenarios for the CESARE-RISK Model," Fire Safety Science~Proceedings of Codigos, Normas y Pnicticas Recomendadas dela NFPA the 5th International Symposium, International Association for Las referencias de los siguientes c6digos, normas y pnicticas recomen­ Fire Safety Science, 1997, pp. 655-'666.· 104. Bukowski, R, "Fire Models: The Future Is Now," National Fire dadas proporcionaran informaci6n hdiciona1 sobre la modelizaci6n del incendio discutida en ese capItulo. (Consulte la ultima versi6n del Ca­ Protection Association Journal, Mar.lApr. 1991, p. 60. 105. Nelson, H. "An Engineering Analysis of Fire Development in talogo de la NFPA para ver la disponibilidad de las ediciones actuales the Hospice Southern Michigan, December 15,1985," Fire de los siguientes documentos.) Safety Science-Proceedings of the 2nd International Sympo­ sium, Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1989. NFPA 92B, Guidefor Smoke Management Systems in Malls, Atria, and Large Areas.

Revisada par Richard W. Bukowski

istoricamente,la mayor parte de la reglamentacion sobre seguridad contra incendios ha side realizada segtm el analisis del riesgoQ(Oipcendiore.ueLctlal
H

Generalmente, los ARl que se realizan para apoyar las ac­ ciones reguladoras se enfocan hacia los rie_~gQI'_paraJavida, ~n­ que--puedehexaIDillllise- otros-iesultados, . siempre que la condici6n pueda ser cuantificada. Por ejemplo, en un museD 0 en una estmctura hist6rica, el proposito de un ARl puede ser evitar el dafioa objetos valiosos 0 irremplazables 0 a 1a estructura en S1. Entonces, sena necesario determinar la exposicion maxima al calor y los productosde combustion que pueden tolerar estos elementos, antes que ocurra un daiio inaceptable.

REALIZACI6N DE UN ARt PELIGRO CONTRA RtESGO E I propos ito de un ARl, es determinar el resultado esperado de un conjunto especifico de condiciones llamado.un escenario. EI escenario incluye detalles de las dimensiones del cuarto, los contenidos y los materiales de construcdon; la disposidon de los cuartos en el edificio; las fuentes del aire de combustion; la posicion de las puertas; el numero, ubicaciones y caractensticas de los ocupantes; y todos los demas detalles que tienen un efecto sobre el resultado que es de interes. La determinacion de este re­ sultado puede hacerse segUn el juicio de un experto, por meto­ dos de probabilidad, utilizando datos sobre incidentes pasados 0 por medios de determinaciqn, como los modelos del fuego. La tendencia actual, consisteen utilizar modelos siempre que sea posible, complementados si es necesario, poreljuicio de exper­ tos. Aunque en el analisis del riesgo, se utilizan ampliamente los metodos por probabilidad,estosencuentri:m muy poca aplica­ cion directa~rr losaniiIisis· deriesgos modemos. El amilisis del riesgo, puede ser considerado como un com­ ponente del amilisis delriesgo. Estoes,un analisis del riesgo,es un conjunto de analisis de riesgos que han sido sopesados por su probabilidad de ocurrencia.EI riesgo total,es entonces 1a suma de toaos los valoressopesados del riesgo. Generalmente, en los sectores industriales y de seguros, las evaluaciones del riesgo tienen como objetivo las perdidasmonetarias, ya que estas de­ terminan las tarifas de los seguros 0 proporcionan el incentive para los gastos de proteccion. En la industria de energia nuclear, 1a evaluacion del riesgo por probabilidad, ha sido la base para la reglamentaci6n sobre seguridad. Aqui, con mucha frecuencia, ellos exarninan el riesgo de una fuga de material radioactivo hacia el medio ambiente, cualquier cos a desde una fuga de agua contaminada hasta la fusion accidental del nucIeo de un reactor.

La realizaci6n de un ARl, es un analisis de ingeniena bastante sencillo. Los pasos incluyen 10 siguiente: I. Seleccionar un resultado como objetivo 2. Determinar el (los) escenario(s) de interes que pueda(n) producirse en dicho resultado 3. Seleccionar un (os) metodo(s) apropiado(s) para la pre­ diccion 4. Calculo de la evacuaci6n 5. Analizar el impacto de la exposicion al fuego 6. Examinar 1a incertidumbre

Selecci6n de un Resuttado como Objetivo ELresuitado objetivo que se especificacoI!rnasfreGuencia,.es.el de evitar la muerte de los ocupantes de un edificio. Otro obje­ tivo puede Ser garantizar que los bomberos cuenten con areas protegidas des de lascuaiespuedan combatirlos incendios en edificios de altura. El Departamento de Energfade Ips E.U.A. (DOE), requiere que 10s.ARl se realicen par;\ todas las instal a­ dones del DOE 1. Sus objetivos para tales ARl, como esta esta­ blecido en DOE S480.7A, incluyen 10 siguiente:

Richard W. Bukowski, P.E., es ingeniero senior de investigacion en el NIST Building and Fire Research Laboratory, Gaithersburg, Maryland.

2-15

I

• Reducir al minimo e1 potencial para que ocurra un incendio • Ausencia de fuga de material radiologico u otro material peligroso que amenace la salud, seguridad 0 el medio am­ biente • Un grado aceptable de seguridad humana para el personal del Departamento de Energfa (DOE) y del contratista; y que no existan riesgos indebidos para el publico ocasionados por el fuego • Control cntico del proceso 0 sistemas de seguridad que no sean dafiados por el fuego • Programas vitales que no sean retardados por el fuego (con­ tinuidad de 1a misi6n) y

2-16

SECC ION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

Dano a Ja pr9piedad que

~~.s~pere

.($ i 56 millonespodndd~riteY

losniveles aceptables .

En Boston, la Ofieina del Comisari~de Incendios 2, ha es­ tablecido un conjunto de objetivos para los ARI que se realicen para apoyar las solicitudes de no aplicar los requisitos prescri­ tos del codigo aplicable. Estos incluyen 10 siguiente: • Limitar la probabilidad de muertes 0 heridas importantes para solarnente aquellos .ocupantes que est::ln en contacto con la ignicion del fuego. d,e..be:ridll~. m.el1Qr~.s. ':L~QJ.@1e]1~

•.Jimitar.la.,pIo,ba4ilidfJd

aquellas personasquese encuentran en la unidad de vi­ vienda de origen. • Ninglin ocupante que este fuera de la unidad de vivienda de origen, debe estar expuesto a los productos de combusti6n de fonna en que se ocasione una lesion • Limitar la probabilidad del dana ocasionado por las llamas a la unidad de vivienda donde se origina el fuego, (esto in­ c1uye tener en cuenta la posibilidad de que las llamas se ex­ tiendan .hacia arribapor el exterior ·del edificio). • Limitar la probabilidad de rucanzar niveles peligrosos de humo y gases toxicos, en la unidad de vivienda donde se origina el incendio, antes que se permita el tiempo de egreso seguro. En ningun momenta durante el incidente, condiciones de humo en cualquier compartimiento, inc1u­ yendo el compartimiento deorigen, deben poner eli peligro a las personas que se encuentran en dichos compartimien­ tos 0 evitar el egreso a traves de dichos compartimientos. • Limitar e1 incidente a uno que sea manejab1e por e1 Depar­ tamento de Bomberos de Boston, sin que haya'un compro­ miso importante de los recurs os 0 un peligro excesivo para los bomberos, durante todas las fases operativas del depar­ tamento de bomberos, esto es, busqueda y rescate, evacua­ .cion y extincion. Una compaiiia aseguradora, puede querer limitar 1a maxima petdida 'probable a aquella que equivale a Ia base para la tarifa del'seguro pagada por el clrente;un fubricante-desea evitar el in­ eumplimiento de las ordenes, 10 que genera una distninucion de su base de clientes; y algunos negocios deben su ima­ gen publica de que proporcibnanalojamientos seguros y'con­ fortables. Cua]quier combihacion de estos resultados puede ser seleccionada comoapropiada paraunARl; dependiendo de los prop6sitos para los cuales este se ha realizado.

Determinar el (los) Escenario(s) de Interes . Una vez se han estab1ecido los resultados que deben evitarse, Ia tarea consiste en identificar cualquier escenario que pueda pro­ ducir estos resultados indeseables. Aquf, 1a mejor guia es la ex­ periencia. Los registros de incendios anteriores, ya sean para e1 edificio especifico 0 para edificios simitares 0 para la dase de ocupaci6n, pueden ser una ayuda importante para identificar las condiciones que conducen al (los) resultado(s) que debe(n) evi­ tarse. Los datos estadfsticos del National Fire Incident Repor­ ting System (NFIRS), sobre las fuentes de ignicion, los primeros

r--------~

..-----··············..

-~···

. -· · · - - - - -.. . . .

elementos que. se encienden, los cuarto's tie. y cosas asi, pueden proporcionar un entendimient() valioso.sob:re los facto­ reS it\1porfuntes ql!e contribuyencon losincendios en Ia obupa­ cion que esde interes.Los relatos imeed6ticos de incidentes individuales, son interesantes pero es posible que no represen­ ten la parte mas importante del problema que debe ser analizada. La ley de Murphy (si algo puede salir mal, 10 hani) , se aplica a desastres importantes ocasionados por el fuego; esto es, todos los incendios significativos parecen involucrar una serie de falIas queestablecen el escenario para el evento. Por 10 tanto, es importante examinar las conseeuencias de las cosas que no funcionan segiIrllo planeado. En los FHA del Departamento de &;:;;gia~'~ pitrtedel:ill£lisis ·~·as~ir i9ssiste­ mas automitticos fallan y que el departamento de bomberos no responde. Esto se utiliza para determinar una ¢rdida en el peor caso y para estab1ecer el valor real de estos sistemas. La edicion 2000 de 1a NFPA lOl®, O:5digo Seguridad Humana®,3 in­ cluye una opcion de diseno basada en el desempeno que con­ tiene un conjunto basi co de escenarios asumidos de incendio. El escenario 8, es un incendio comun que se inicia mientras el sis­ el sistema de rociadores (a tema de alarmas de lUcendio y su vez), se vuelve inefieaz.Padfl: la fiabilidad normal de estos sistemas, no se requiere que bajo estas condiciones se cum­ plan completamente los objetivos de desempefio, pero quienes tienen una participacion, deben sentir que las perdidas resultan­ tes no son catastrofibas 0 de alglin modo, iriaceptablemente se­ veras. Si nose presenta nada'mas, dichas suposiciones pueden significan ta diferencia entre ayudar a identificar los factores un incendio incidental y un desastre importante, de modo que puedan disponerse los respaldos apropiados. Los escenarios deben tiaducirse enincendios presumidos . para e1 anaIisis de crecimiento del fuego y en suposiciones sobre los ocupantes, para el c
que

Selecci6n del(los) Incendio(s) Presumido($) La se1ecci6n de un conjunto relevante de incendios presumidos con e1 cual se desafie el disefio, escrucjal para rea1izarun ami­ lisis v~lido. El prop6sito del incendio presumido, e-s similar a 1a carga simulada enurl aruilisis estru~1:!Intl; esto es, responder ala pregunta de si el diseno el desempeiio esperado bajo e1 rem asumido. Cuando se presente,que e1 reto mils grande, no es necesariamente e1 inGendio mas grande (espec\almente ~n un edifico con rociadores), es utiI pensar en los incendios pre­ sumidos en tenninos de su fa;;e de crecimiento, fase de com­ busti6n estable y fase de declive (Figura 2.2.1).

Crecimiento. La importancia fundamental de la selecci6n apropiada del crecimiento del incendio presumido, consiste en obtener una prediccion realista de la activaci6n del detector y del rociador, del tiempo para iniciar 1a evacuaci6n y del tiempo para 1a exposicion inicial de los ocupantes a1 fuego. En 1972, Heskestad propuso primero que para estos momen­ tos inieia1es, funciona bien 1a suposicion de que los incendios crecen de acuerdo con una relaci6n de ley de potencia la cual esti respa1dada por datos experimentales4 . El sugirio incendios de 1a forma

-.----~----~

..

..

~ --.~



CAPITULO 2 •

Fasede crecimiento del

Analisis del peligro de incendio

Cajas de carton corrugado }Tarimas (pallets) de de 4,6 m(15 pies) de altura madera de 1,5 m con contenidos variqs (5 pi,es) de altura

Combustion subita

2-17

Colchon de muelles

interiores de

.2..., 5000

.

"

~ 4000 c

-0

._ij

~

di 2000

Tiempo-

FIGURA 2.2.1.

":Jl ~

Estructura del incendio de disefio

1000

200

Q =.atn donde

Q a

n

400 600 Tiempodesde la ignici6n (s)

800

FIGURA 2.2.2 Conjuntb de curvas de crec;m;ento de Tal cuadrado

tasa de liberacion de calor (kW)

coeficiente de intensidad del fuego (kW/sn)

tiempo (s)

1.2.3

Posterionnente, se demostr6 que para la mayoria de los incen­ dios con llamas (excepto Ifquidos inflamables y algunos otros), n = 2, la asf Hamada tasa de crecimiento de tal cuadrado5• Un conjunto de incendios especfficos con t al cuadrado. rotulados como lentos, rriedianos y nipidos, con coeficientes de'intensidad del fuego (a) donde los incendios a1canzaron 1000 Btu/seg (l055 kW) en 600,300 y 150 segundos, respectivamente, fue· ron propuestos para el diseiio de los sistemas de deteccion de in· cendios. 6 Posterionnente, estas .curvas de crecimiento especffico y una curva Hamada "ultranipida"/ la cual alcanza 1055 kWen 75segundos, -fueronapfobaaas en las aplicacionesgenerales parala protecciolltontra mcendios. ,~.-. c.-

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" Este conjunto decurvas de crecimiento de t al cuadrado se mli~stta ell la Figura22.2.La curva lenta, esapropiada para'in­ ceridios' invo lucran objetos gruesos y s61idos (por ej., rriesa de madera s6lida, una comoda 0 un armario). La curVa decreci· n1iento mediano, es tipica de los combustibles solidos de densidad mas baja (por ej., muebles tapizados y colchones). Los incendios papel, rapidos, son elementos combustibles delg~dos (por cajas de carton, cortinas). Los incendios ultrarapidos, son algunos liquidos inflamables, algunos tipos masantiguos de muebles ta­ pizados y co1chones u otros combustibles altamente volatiles. En una coleccion muy mezclada de combustibles, es apro­ piado seleccionar la curva media siempre que no este presente ningun elemento especialmente inflamable. Tambien debe ob­ servarse que estascurvas de tal cuadrado, representan el creci­ miento del fuego comenzando con una fuente de ignicion razonablemente grande. Con las fuentes pequefias, existe un pe­ riodo de incubaci6n antes de que se establezcan las llamas,el cual puede influenciar la respuesta de los detectores de humo (10 que genera que se subestime eltiempo para la detecci6n). Esto

puede simularse afiadiendo un periodo lineal de crecimiento lento hasta que la rasa de liberaci6n de calor Hegue a 25 kW. Este conjunto especifico de curvas de crecimiento del fuego, ha sido incoIporado a varios metodos de diseno, tales como aquellos us ados para el diseiio de sistemas de detecci6n de incendios en la NFPA 72®, C6digo Nacional de Alannas contra lncendio®, edici6n 1999 8. Estas curvas tambien se califican como incendios de disefio apropiados en varios metodos inter­ nacionales, utilizados en Australia y Japan, para realizar amili­ sis alternativos de diseno; yen un metodo de analisis sobre el riesgo de incendio de productos, publicado en este pafs 9. Aun­ que en la metodologfa australiana, la selecci6n de la curva de crecimiento se relaciona con la carga de combustible (mas a de material combustible por unidad de area del piso),esto no esta justificado, ya que la tasa de crecimiento esta relacionada can la forma, disposicion y tipo de material y no simplerriente con su cantidad. Considere 10 kg (22 'Ib) de madera dispuestos en un cubo s6lidq, como palos dispuestos en una criba y como una capa de aserrin (F~gura2.2.3). Estastres disposiciones tendran tasas de crecirniento significativamente diferentes, aunque re­ presentan cargas identicas de combustible. .

Combustion Estable. Dna vez que toda el area de superficie del combustible esta ardi~ndo, la tasa de liberaci6n de calor

Cuba soldio

Palos (criba)

Aserrin

FIGURA 2.2.3 Dependencia del crecimiento del fuego sobre la forma y disposiciones del combustible

2-18

SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

entra en una fase de combustion estable. Esta puede estar en un nivel de sub combustion sub ita generalizada 0 en un myel de postcombustion subita generalizada; la primera sera control ada por el combustible y la ultima sera controlada pot la ventilacion. A partir del rendimiento del modelo (para la concentracion de oxfgeno 0 para la temperatura de la capa superior), debe ser obvio en que condicion estaardiendo:el fuego. La mayoria qe los incendios que SQnde interes,seran contro­ lados por la ventilacioIi; esto esunaventaja clara, ya que es mas f
Decrecimiento. La tasa de combustion disminuye a medida que se agota el combustible. A falta de datos experimentales, una aproximacion de ingenieria especifica esta disminucion como el inversode la curva de crecimiento; esto significa que los com­ bustibles de crecimiento rapido se descomponen rapidamente y que el combustible de crecimiento lento se descompone lenta­ mente. Con frecuencia, se asume que el tiempo en el cual se ini­ cia la descomposicion, es cuando queda e120% del combustible original. Aunque estas son suposiciones, estas son tecmcamente razomibles. . '. Esta descomposicioncontinuar~, incluso si esta presente y se activa un sistema de rociadores. Una simplesuposicion, con­ siste en qiie e1 fuego se apaga imnediatamente; pero esto no es conservador. Un estudio reciente del National InStitute o.fStan­ dardsandTechn~iogy (NIST), documenta un~ dismrnucion ex­ ponencial (conservadora) en la tasa de combustion bajo ·la ap1icacion de agua des de un rociador (Figura 2.2.4).11 Como la eficiencia de la combustion, es afectada por la aplicacion de agua, el uso de los valores de hollin y gas que se vuelven apro­ piados para la postcombustion subita generalizada, representara el enfoque conservador cuando no hay datos experimentales.

Selecci6n de un(os) Metodo(s) Apropiado(s) para la Predicci6n Modelos de Incendio. Un estudio u document6 sesenta y dos modelos y metodos de ca1culo, que pueden aplicarse al FHA. Por 10 tanto, 10 que se necesita e& determinar cuales son apropiados para una situacion determinada y cuales no 10 son. La clave para esta decision, es tener un conocimiento profu:lldode las suposi­ ciones y limitaciones del modelo individual 0 del calculo; y cOmo

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liempo ($) e [-O,Q023(t-tactual J . - - - - Paquele de combustible del escritorio administrativo Paquete de combuslible de laoficina II

f'aquete de coobJS1ible del soia

'" paquete de combustible del carro de papal

o Paquele de combustible del escritorio ejecutivo + paquete de combustible de la oficina I <> Paquele de combustible de es\aci6r, de Irabajo I x Paquete de combustible de las crlbas de madera

- - - Paquete de combuslible de la estacian de trabap II

FIGURA 2.2.4 Tasas de descomposici6n para varios combustibles

estos se relacionan con la situacion que esta siendo analizada. El fuego es un proceso dinamico de interaccion entre la fi­ sica y la quimica; de modo que predecir 10 que probablemente va a ocurrir bajo un conjunto determinado de circunstancias, es desalentador. Los metodos de prediccion mas simples son las ecuaciones (algebraicas). Con frecuencia, desarrolladas total 0 parcialmente a partir de las correlaciones con los datos experi­ mentales, estas representan, en el mejor de los casos, los esti­ mados con una incertidurnbre importante. Inc1uso, bajo las circunstancias adecuadasestas han demostrado queproporcio­ nan res1.l1ta:dos ~tiles, esp~cial~ente cuando se usan para ayudar a establecer uri modelo mas complejo. Por ejemplo, 1a correla­ cion de la combustIon subita generalizada de Thomas 13 y la co­ rre1acion de temperatura de la capa superior .de McCaffrey IQuintierelHarkleroad l4 , tienen generalmente lacapaddad de proporcionar estimados de ingenierIa utiles sobresi en e1 com­ partimiento ocurre una combustion subita generalizada y hay temperaturas pico. Donde la seguridad publica esta en juego, es inapropiado depender solamente de tales ttcnicas de estimaci6n para el cat­ culo del desarrollo del fuego/llenado con hurno. Aqui, solamente deben usarse los modelos de incendio (0 los ensayos apropia­ dos). Los modelos para un solo cuarto son apropiados donde las con'diciones que son de interes, estan limitadas a un espacio mico y encerrado. Donde el area de interes inc1uye mas de un espacio y especialmente donde el area de interes se extiende mas alIa de un solo piso, deben usarse modelos de compartimientos multiples. Esto se debe a que los espacios interconectados inte­ racman para influenciar el desarrollo del y los flujos. Muchos modelos de compartimientos unicos suponen que la capa inferior permanece en condiciones ambientales (por ej., ASET).15 Como en un cuarto hay muy poca mezc1a entre las

CAPITULO 2 •

capas (a no ser que haya sistemas mecanicos), estos modelos son apropiados. Sin embargo, puedeocurrir una mezcla en las entradas, de modo que los modelos de compartimientos multi­ ples deben permitir que la capa inferior este contaminada por energia y masa (Figura 2.2.5). El modelo debe inc1uir la limitaci6n de la combustion por e1 oxigeno disponible. Esto essencillo de implementar (basandose en el principio del consumo de oxfgeno) y es crucial para obtener una prediccion exacta para la combusti6ncontrolada por ventila­ cion. Para los modelos de compartimientos mUltiples, es igual­ mente importante para el modelo, rastrear el combustible que no sehaquemado ypermitirque·este·sequeme·cuandcrmcuentre·-el oxigen a y la temperatura suficientes. Sin estas caracteristicas, el modelo concentra la combustion en el cuarto de origen, las con­ diciones de predicci6n en mayor grade en ese lugar y las condi­ ciones de predicci6n en menor grado en otros espacios. En la computadora, los calculos para la transferencia de calor, toman mucho tiempo, de modo que muchos modelos toman un atajo. El mas comun, es el uso de una "fraccion de perdida de calor" constante, la cual puede ser seleccionada pOI el usuario (por ej., ASET 0 CCFM 16). EI problema es que las perdidas de calor varian significativamente durante el curso del incendio. Por 10 tanto, en incendios mas pequefios 0 en espacios con rela­ ciones superficie a volumen mas grandes, donde las variaciones de perdida de calor son significativas, esta simplificacion es una fuente irnportante de error. En los espacios grandes y abiertos, sin paredes 0 paredes hechas con materiales altamente aislantes, la fraccion de la perdida de calor constante puede producir re­ sultados aceptables, pero en la mayoria de los casos, el mejor en­ foque es utilizar un modelo que realice una transferencia de calor apropiada. Otro problema puede ocurrir en espacios altos, por ejemplo, atrios. La principal fuente de expansion de gas y dilucion de la masa y energia, es el arrastre del aire ambiental dentro del pe­ nacho de fuego. Puede argumentarse que en un penacho muy alto, este arrastre es restringido; pero la mayoria de los modelos no incluyen esto. Esto puede conducir a una subestimacion de la temperaturay la-densidaddeltlumo y a.UIiasobteestimaci6n del volumen de la capa y de la tasa de llenado (euya eombinacion

Flujo en la puerta

--FIGURA 2.2.5 Suposici6n de que en los modelos por zona, los gases del incendio se reunen en capas internamente uniformes

AnaJisis del peJigro de incendio

2-19

puede generar predicciones de los tiempos de egreso disponi­ bles que son superiores 0 inferiores al valor correcto). En el mo­ delo CFAST,17 esta limitacion se implementa al detener el entrampamiento cuando la temperatura del penacho, cae hasta lO (Kelvin) dentro de la temperatura que esta justo fuera del pe­ nacho, donde cesa la flotabilidad. DocumentaciOn. Solamente los modelos que estan rigurosa­ mente documentados, deben estar permitidos en cualquier apli­ caei6n que incluya consideraciones legales, tales como en el cumplimiento de c6digos 0 en una litigaci6n. Simplemente, no es aptopia:do aepehder deli palabiiloe qlliendesarro1l6eI:mo­ delo para saber 8i la fisica es apropiada. Esto signifiea que el modelo debe suministrarse con una guia de referencia tecnica que incluya una descripci6n detallada de la fisica y quimica in­ cluidas en el mismo, con refereneias bibliograficas apropiadas; un listado de todas las suposieiones y limitaciones del modelo; y con estimados sobre la exactitud de las predicciones resultan­ tes, basados en comparaciones con los datos experimentales. La exposicion publica y la revision de las bases exactas para los calculos de un modelo, las constantes intemas y las suposicio­ nes, son necesarias para que este tenga credibilidad en una apli­ caci6n reguladora. La ASTM, publica una Standard Guide for Documenting Computer Softwarefor Fire Models, ASTM E1472-92 18 • La do­ cumentacion para cualquier modelo utilizado en una aplicacion reguladora, debe cumplir con esta guia. Aunque puede no ser necesario que todo el codigo usado eomo fuente este disponible, debe incluirse el metooo para iro­ plementar los caIculos clave en el c6digo y los detalles del c6m­ puto numerico utilizado. Esta documentaci6n debe ser de facil acceso para cualquierusuario del modele y debe suministrarse una copia con los analisis, como un importante documento de apoyo. Datos de Entrada. Incluso si el modelo es correcto, los resul­ tadospueden estar seriamente equivocados si los datos que son ingresados al modelo no representan la condici6n que esta siendo apalizada. Laespecificacion apmpiadadel incendio,es 10 mas critieo y se trata en detalle en la subsecci6n sobre selecci6n del (los) incendio(s) asumidode disefio. Segundo en importancia, es especificar las fuentes de sumi­ nistro de aire para el incendio, esto es, no solamente las puertas o ventanas abiertas, sino tambien las grietasdetras de los con­ tramarcos 0 alrededor de las puertas cerradas. La mayoria de los incendios (grandes) que ~on de interes, se convierten rapida­ mente en incendios eontrolados por la ventilaci6n, haciendo que estas fuentes de aire sean eruciales para una prediccion acertada. La fuente mas frecuente de errores por parte de los usuarios no­ vatos de estos model os, eonsiste en subestimar el aire de com­ bustion y en predeeir en menor grado la tasa de combusti6n. Otros dos elementos importantes de los datos son (1) las ca­ racteristicas de ignicion de los elementos combustibles secun­ darios y (2) los parametros de transferencia de calor para el cielo raso y los materiales de las paredes. En cada caso, el ARl debe incluir un listado de todos los valores de los datos utilizados, su fuente (por ej., cuM fue el aparato 0 metodo de ensayo emple­ ado y eual organizaei6n llev6 a cabo el ensayo y public6 los datos) y alguna discusion sobre la incertidumbre de los datos y

2-20

SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

su resultado sobre las conc1usiones. El sitio Web del National Institute of Standards and Technology:SO (NJST), contiene una sec cion de datos bien documentados para que sean usados en los calculos, llamadaFire on the Web (http://frre.nist.gov). Una base de datos mucho mas grande, Hamada FASTDATA, proveniente del NIST, esta disponible en un CD-ROM (verel URL,anterior para obtener informacion). (Consulte tambien la subseccion ti­ tulada "Explicacion de la Incertidumbre, que se encuentra mas ade1ante en este capitulo.)

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Realizaci6n de un Calculo de Evacuaci6n La prediccion del tiempo que necesitan los ocupantes del edifi­ cio para evacuar un area segura, se realiza a continuacion y se compara con el tiempo disponible de los pasos anteriores. Ya sea que el calculo de evacuacion se haga por medio de un calculo modelo 0 manualmente, este debe explicar varios facto­ res cruciales. Primero, a no ser que los ocupantes yean el incen­ dio real, se requiere tiempo para 1a detecci6n y notificaeion antes de que se pueda iniciar el proceso de evacuaci6n. Despues, a noser que la informacion sea apremiante (de nuevo, que ellos vean el incendio real), toma tiempo para que las personas deci­ dan actuar. Finalmente, el movimiento comienza. Todos estos factores requieren tiempo y este es el factor crftico. No importa como se hagan los calculos, todos los factores deben estar in­ c1uidos en el amilisis para obtener un cuadro completo. Una dis­ eusion excelente sobre este tema, se encuentra en los capitulos de Paul 19 y Bryan20 en el SFPE Handbook ofFire Protection Engineering, y en el Suplemento 4 de Proulx, en el National Fire Alarm Code® Handbook. 21

Modelos. El proceso de evacuacion de emergencia de las per­ sonas, cump1e los conceptos del flujo de trafico. Exis­ ten varios modelos que hacen tales caIculos, los cuales pueden ser apropiados para usarse en ciertas ocupaciones. La mayorfa de estos modelos no explican el comportamiento y la interaccion entre las personas (que proporcionan asistencia), durante el evento. Esto es apropiado en aa mayor parte de las.ocupaciones publicas, dondelas personasnose conocenelltresi. Errlas ocu­ paciones residenciales, los miembrosde familia interactuaran fuertemente; yen lasocupaciones de oficinas, se esperaria que las personas quetrabajanjuntas diariamente, interacmen dema­ nera similar. La literatura informa sobre incidentes donde se pro­ porciona asistencia a personas incapacitadas, de nuevo especialmente en lugares de oficinas. 22 Si se espera dichocom­ portamiento, este debe inc1uirse, ya que puede generar demoras significativas al evacuar un edificio. Otra situacion en 1a cual se prefieren los modelos (por eJ· .. n . EXIT89 ), a los cilculos hechos a mano, es en las po­ blaciones grandes donde la congestion en las escaleras yentra­ das, puede ocasionar que el flujo retroceda. Sin embargo, esto tambien puede explicarse en los calculos hechos a mano. Las condiciones muy concurridas, aSl como tambi6n la densidad del humo, pueden ocasionar velocidades reducidas para caminar. 24 La velocidad para caminar de una persona disminuye cuando hay bumo denso, hasta el punto en que 151 0 ella se mueve como si tu­ viera los ojos vendados (Figura 2.2.6). Debe tenerse cuidado al utilizar modelos, con relacion a como ellosseleccionan el tra­

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0,5

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~ VeloCI,ClaC para camlnarde'Uiiapersona . los ojos vend ados

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Coeficiente de extincion, u (11m)

FIGURA 2.2.6 Velocidades reducidas para caminar ocasio­ nadas por condiciones concurridas y por la densidad del humo

yecto (usualmente el trayecto mas corto) por el cual se desplaza la persona Algunosmodelos son ci1culos .de optimizacion, que proporcionan el mejor desempeno posible. Estos son inapropia­ dos para una determinacion de equivalencia del c6digo, a menos que se haya utilizado un factor adecuado de seguridad.

Caiclllos Hechos a Mano. Algunas veces, los calculos de eva­ cuacion, son 10 suficientemente simples como para hacerse ma­ nualmente. La presentacion mas a fondo sobre este tema (y la que se usa con mas frecuencia en analisis alternos de disefio), es la de Nelson y MacLennen. 25 Su procedimiento inc1uye explici­ tamente todos los factores discutidos anteriormente, junto con sugerencias sobre como justificar cada uno de ellos. Ellos tam­ bien se refieren a la congesti6n, el movimiento a traves de las puertas y en las escaleras; y otras consideraciones relacionadas.

Analisis del Irnpacto de la .Exposicion En la mayoria de los cas os, la exposicion sera para las personas y los metodos utilizados para evaluar los impactos de la exposi­ ci6n de las personas al calor y a los gases de combustion, impli­ can la aplicacion ,de modelos .sobre toxicologia .de la combusti6n..Elpaquete de sofiwareRlESGO I,contiene el uhigp ...• modelQ. Joxicol6gico para computadora, llamado TENAB,26 el cual se basa en investigaciones realizadas en el NIST sobre la letalidad en rads 27 yporPurser sobre la inca­ pacitaci6n de monos. Estos metodos tambien pueden aplicarse en los calculos manuales, utilizando el material de Pursers y las ecuaciones que se encuentran en la Referencia 25. TENAB, ex­ plica 1a variaci6n en la exposicion a los productos de combus­ ti6n a medida que las personas se mueven a traves del edificio, leyendo.!as.concemraciones provenientes del modele de inc en­ dio, en el espacio ocupado durante el tiempo que la persona esta en dicho espacio. Si la persona se mueve a un espacio con una concentraci6n inferior de mon6xido de carbono, la dosis acu­ mu1ada realmente disminuye. Detalles como estos, garantizan que los resultados sean razonables: Es importante que estos de­

CAPiTULO 2 •

talJes tambien sean observados en los calculos manuales. La evaluadon del imp acto de la exposicion al equipo sensible, es mas dificil, ya que existen pocos datos en la literatura sobre los efectos de la exposicion al humo sobre dicho equipamiento. Aqui, es de particular importancia la existencia de gases acidos en el humo, los cuales se conocen por ser corrosivos y especial­ mente peIjudiciales para los equipos electronicos. Los combus­ tibles que contienen eloro (por ej., cloruros de polivinilo), han sido estudiados. Sin embargo, a no ser que el equipamiento se encuentre cerca del fuego, los gases acidos especialmente BCL, se depositan en las paredes y disminuyen la concentraci6n a 1a cual puede estar eXPtl(:s!Qel~1..lipamiento.CFASTenelpaquete RIES60 Y:co~tIene una rutina que sirnula este proceso y la dis­ minucioll asociada de 1a concentracion de BCL.

Explicacion de la Incertidumbre La responsabilidad de la incertidurnbre, se refiere al hecho de

enfrentar la illcertidurnbre, el cual es inherente en cualquier pre­ diccion. En los calculos, esta incertidurnbre se deriva de las su­ posiciones en los modelos y de 1a representatividad de los datos de entrada. En los calculos de evacuaci6n, existe la variabilidad agregada de cualquier poblacion de personas reales. En el di­ sefio de edificios y en los c6digos, el metodo ciasico para tratar la incertidumbre, es con factores de seguridad. Un factor sufi­ ciente de seguridad, se aplica de modo que, si toda la incerti­ dumbre result6 en error en la misma direccion, el resultado seguiria proporcionando una solucion aceptable. En la predicci6n del tiempo de desarrollolllenado del fuego, 1a inteneion es la de se1eccionar incendios de disefio que pro­ porcionen elpeor escenario posible. Por 10 tanto, aqui no se ne­ cesita un factor de seguridad, a no ser que las suposiciones 0 los datos se utilicen para el resultado pronosticado que sea muy sen­ sible. En la practica actual para el calculo de evacuaci6n, gene­ ralmentese recomienda un factor de seguridad igual a 2, para justificar la variabilidad desconocida en una pob1acion dada. El infonne del ARl, debe 1neluir una discusion sobre la in­ certidumbre. Esta discusi6n debe abordar la representatividad de los datos utilizados y la sensibilidad de los resultados con los datos y suposiciones realizados. Si la sensibilidad no es clara enseguida, debe realizarse un analisis de sensibilidad (por ej., variando los datos hasta los Hmites y observando S1 cambian las conclusiones). Este tambien es un buen momento para justificar la idoneidad del modele 0 del metodo de caIculo.

Revision Final Si un modelo 0 un dtlcul0 produce un resultado que parece no intuitivo, probablemente hay algo que esta mal. Se han visto easos en los cuales el modele claramente produjo una respuesta equivocada (por ej., la temperatura que se predijo se acerc6 ala temperatura de la superficie del sol) y se han presentado otros en los cuales esta pareda inicialmente equivocada pero no 10 era(por ej., una temperatura que disminuye en un espacio ad­ yacente a un cuarto con un incendio en crecimiento, fue oca­ sionada por el aire frio del exterior que entraba por una puerta abierta). Por el contrario, si el resultado esta de acuerdo con la logica, el sentido y la experiencia, este es probablernente co­

Am'ilisisde/ peligro de incendio

2-21

rrecto. Estees tambien un buen momento, para considerar si el amilisis se refrrio a todos los escenarios importantes y los even­ tos probables. l,Fueronjustificadas todas las suposiciones y fue­ ron abordadas de manera suficiente todas las incertidumbres para proporcionar un nivel de bienestar similar al obtenido, cuando 1a revision del plan muestra que se han cumplido todos los requisitos del codigo?

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Anafisis para Protecci6n contra /ncendios

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w.,

JohnR. Hall, Jr.

1 analisis del riesgo de incendio, es la fonna de amUisis mas completa que puede aplicarse a cualquier elecci6n en . . . ·seguridad...oontr~.i.fi£endios ...cEsteqseoelipa rle-todos-los tipos de incendios que pueden ser afectados por la elecci6n, por ejemplo, del producto, del disefio del edificio, de cualquier cosa que afecte poteneialmente 1a seguridad contra 1ncendios, no 80­ lamente un incendio 0 unos po cos incendios seleccionados. Este proporciona un esquema flexible para estimar el impacto de cual­ quier tipo de programa 0 estrategia sobre seguridad contra in­ cendios, en tenninos dereducciones,reales enperdidas (muertes, lesiones y dano a la propiedad) yen tenninos que pueden com­ pararse con los costos de esos programas y estrategias. No existe ninglin otro metodo que sea tan indicado para el analisis de las opcionesestrategicas que afectan a un gran ntimero de propieda­ des y a sus ocupantes. El desarrollo del producto, la investigaci6n y 1a comercializa,;;i6n relacionada y las decisiones reguladoras, pueden beneficiarse del analisis del riesgo, al igual que 10 puede hacer cualquier programa para manejar y supervisar la seguridad contra incendios desde un punto de vista fmanciero. * El analisis delriesgo de incendio, es inusualya que el es­ quema general que este utiliza no proviene de lasciencias exac­ tas de la fisica, quimica, bioquimica e ingenieria, las cuales son la base del resto de la investigaci6n contra incendios, sino de la teoria sobre decisi6n estadistica, lacual tiene como base los campos de la economia y 1a investigaci6n de operaciones. Como el anilisis del riesgo de incendio, proviene de un p1anteamiento con el cual la mayor parte de lacomunidad contra incendios puede no estar familiarizada, este capitulo se centrara en una discusi6n de los conceptos basicos, definiciones y enfoques.

E

mario reciban la defmicion de "riesgo de incendio" quees de in­ teres. En particular, las dos medidas mas comunes del sumario,

LQUE ES ELANAuSIS DELRIESGO

DE INCEND10?

Por 10 general, el riesgo sedefine como una funci6n de distri­ buci6n de la probabilidad sobre el espacio de todos los posibles escenarios de incendio, junto con una 0 mas funciones sobre se­ veridad y consecuencia, definidas tam bien sobre dicho espacio. Las medidas del sumario pueden defmirse sobre estas funciones y este espacio y no es inusual que una de estas medidas del su­

*Gran parte del material de este capitulo, fue desarrollado por pri· mera vez para un estudio dentro de la empresa en el National Bureau of Standard, Center for Fire Research (NBSICFR). Ei autor .expresa su aprecio por el valioso apoyo que el NBS/CFR Ie dio a este trabajo. John R. Hall, Ph.D., es vicepresidente asistente de la NFPA para el anal isis e investigaci6n de incendios.

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SECCION 2 •

Ana/isis para proteccion contra incendios

son el valor esperadode la funcion sobre consecuencia y la pro­ babilidad.de las consecuenciasque superan un'qwbf!1i definido de 1;ieveridad\ a c e p t a b l e . , , Debido a que el espacio de todos los escenarios es infinito, los escenarios deben agruparse 0 debe hacerse un muestreo para los caIculos y no es inusual que se desarrollen medidas para e1 riesgo, a partir de una cantidad muy pequefia de escenarios 0 por 10 menos a partir de una cantidad manejable, E1 enfoque con mayor validez, es e1 de dividir e1 espacio en un conjunto de gru­ pos exc1asivos y exhaustivos de escenarios principa1mente ho­ mogeneos, de modo que puedancalcularse las probabilidades significativas s0bre los conjuntos y que las consecuencias pue­ dau·'·ser-crucu1aaas'·so13re\irlunicoescenanorepiesenfu1ivode cada conjunto. Por 10 tanto, una medida del riesgo de incendio siempre tienetres partes: (t) una medida de consecuencia 0 sevendad, (2) unaprobabilidad dedistribucion y (3) una estructura del es­ cenario, para manejar la cantidad infinita deescenarios, de los posibles incendios y condiciones que pueden desafiar el pro­ ducto, el edificio u otro objeto que va a ser ana1izado. La especificacion de la medida de severidad, no es sola­ mente un asunto de decidir sobre el tipo de dafios (tales como muertes, lesiones, dafio a la propiedad 0 interrupci6n del nego­ cio), que son motive de preoeupaei6n, Algnnas veees, 1a medida mas apropiada no es un simple ealeulo de lacuantia del dafio que es motivo de preoeupacion. Porejempio, el·dafio supuesto a las personas, es c1aramente un motivo de preocupaci6n. l, Todos los tipos de lesiones son motivo de preocupaeion 0 solamente las les'iones fatales? l,Las lesiones son motivo de preoeupaeion si estas se descubren solo horas 0 dlas despues del ineendio? l,Las heridas son motivo de preocupaci6n si estas nunea son reconocidas como tales, como puede ser el caso para algunos sfntomas de envenenamiento por monoxido de carbono? ~Todas las lesiones 0 eventos mortales son motivo de igual preocupaei6n sin importar Cliantas personas resultan heridas 0 mueren? ~O, es mas apropiado un conteo de lacantidad de lesionesy muertes? ~ Todas las lesiones son relevantes 0 las personas estan pre­ oeupadas de manera desproporcionada 0 incluso exclusiva­ mente, por las lesiones oeurridas durante un incendio, que puedens'eratribiIidas aJas acciones·odeficiencias deextrafios? l,Existe por parte del usuario ajglin nivelde uso indebido (0 de otras contribueiones para la igniei6n 0 para el grade de dana subsiguiente), que descalificaria que las lesiones resultantes fue­ ran contadas 0 que estas fueran contadas en 8U totalidad, dentro de la medida sobre severidad de un analisis del riesgo de un pro­ dueto 0 unedificio? I 0, suponga que la escala por los dafios ocasionados, es en d6lares. Una medida de severidad sobre la cantidad de d61ares por dafios, estableceria el escenario para un analisis del riesgo sobre la perdida esperada 0 la perdida promedio, el enfoque mas eomun. Si no, uno podria establecer la medida de severidad igual aI, si el daiio superara los $100 000 000 e igual a 0 si es de otra manera. Esto estableceria el escenario para un analisis del riesgo que se centra en grandes perdidas, e1 eual puede ser mas util para una compania de seguros que se preocupa menos por los reclamos ordinarios que por una unica perdida que es tan grande, que no puede ser cubierta por la compafiia.

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Analisis del riesgo de incendio

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La distribucion por probabilidad, asigna.una probabilidad pUcita de la incertidumbre. Algunos enfoques de modelizacion que son llamados analisis del riesgo, omiten uno 0 mas de estos para cada valor que puede tomar lamedida de severidad. Con mayor frecuencia, una distTIbucion por probabilidad, se especielementos clave. En particular, la consideracion explfcita sobre la incerti­ fica primero para cadatipo de incendio. Entonces, uno puede derivar una distribuci6n por probabilidad segun la medida de sedumbre, es mcilmente el paso mas dificil, y al que con mas fre­ cuencia se Ie da un tratarniento abreviado, inc1uso en los mejores veri dad 0 simplemente puede trabajar con los escenarios. En general, el analista del riesgo de incendio,especificara analisis del riesgo de incendio, pero es esencial para una inter­ pretacion acertada de los datos y para la separacion de diferen­ una estructura del escenario, la cual es un conjunto de reglas de cias significativas e importantes provenientes de los artefactos c1asificacion para dividir el rango de posibles incendios en una cantidad manejable de grupos relativamente homogeneos. del "ruido" estadistico. Luego,. pueden calculars~S'~!'t~!~~Jc~jl!Oba.~U!da9~~.p~.L_ ... _. _.J:9J:.~~n::lP19-, .y.l!frm!119 En4,lj.sJ§J/?l!te.!!.go de inceflc/io, ha cada escenario grupo de incendios sirnilares) y una rnedida sido utilizado algunas veces para referirse al ejercicio de listar de severidad puedecalcularse 0 estimarse en cada escenariopara bajo lajurisdiccion dellimalista, las ubicaciones que presentan el el incendio promedio, usualmente por medio del examen detamayor potencial para ser daiiados por el fuego 0 para la demanda Hado de un incendio tipico 0 representativo decada uno de los de recursos de supresion de incendios. Un ejercicio como este, escenarios. carece de la mayoria 0 de todos los elementos clave de un verdadero analisis del riesgo de incendio. De ninguna manera se Rasta ahora, lanaturaleza abstracta de esta explicacion puede conducir a que las personas se hagan una simple pregunta: tienen en cuenta las probabilidades 0 la incertidumbre; e incluso es posible que las medidas de gravedad que estan implfcitas en "Que tan bueno esal analisis del riesgo de incendio? Talvez, la mejor respuesta es que el valor practico del riesgo de incendio, la definicion de dane potencial 0 demanda, no esten definidas emerge a medida que estas medidas de proposito general, son expHcitamente, mucho menosque hayan sido medidas. Otros enfoques de analisis .que se utilizan comUnmente, calculadas bajo condiciones reales 0 potenciales especificadas. presentan problemas mas sutiles. Con frecuencia, los ingenieros En cualquier analisis del riesgo de incendio, habra un derto conde proteccion contra incendios se centran en medios alternativos junto de suposiciones acerca de las condiciones clave en el ampara ocuparse de los incendios despues de que el fuego ha co­ biente que es de interes: algunos 0 todos los edificios tienen menzado. Puede parecernaturalconstruir un analisis del riesgo rociadores 0 detectores; algunos 0 todos los colchones fueron de incendio que toma la combustion establecida segun esta de­ fabricados hasta un cierto estandar de resistenda a la ignicion, terminada, pero que mide la probabilidad de desempeno para algunos 0 todos los ocupantes han sido entrenados regularmente todos los elementos y sistemas del edificio que funcionan dessobre el comportamiento segura ante el fuego, etc. El analisis del riesgo de incendio, se refiere a un examen pues del incendio. Asumiendo que tiene senti do descartar la pre­ sistematico de como las medidas del riesgo de incendio, camvencion de incendios, existici todavia la necesidad de incluir bian a medida que cambian las suposiciones. Esto puede hacerse explicitamente los diferentes tipos de incendios iniciales. Un incendio rapido que se mueve de manera acelerada 0 una explo­ junto con un examen paralelo de cambios en los costos. Por un sion inicial, presentara un desafio para la proteccion contra lado, si, no existe una alarma para humo, puedeesperarseque . unavivienda experimente incendios con una cierta probabilidad incendios fija, muy diferente al ocasionado por unas llamas ordin arias 0 pOI un fuego con brasas. Un incendio en un espacio y estos irtcendios timdranunacierta severidad esperada en teroculto, presentara problemas diferentes a los de un incendio en minos de muertes, lesiones y dafios a la~propiedad. Por otro lado, si esta presente unaalarmapara humo,·la..familia pagara'los·cosun ·cuarto y 168 dosseran diferentesa los incendi68 'que se ini­ cian en un medio de egreso. Si cada uno de estos incendios se tos decompra y mantenimiento que no son pagados por la faanaliza por separado, 8i eianaJisis se apoya en la fisica yen la milia que no tienealarmas para hUrl1o,pero la familia que tiene quillica y si el objetivo estaenimpedir un a1cance importante alarma parahumo,puedeesperaren promedioque las perdidas del fuego como una propuesta "funcioha 0 no funcioha", enton­ sean menDs graves(y en particular, menos muertes por incendio). Elamilisis del riesgo, se utiliza para cuantificarel tamano ces el asuntose denomina mas apropiadamente un analisis de esperadode las reducciones en muertes, lesiones y danos. Se peligras. Aunque la terminologia no esta estandarizada, el ana­ lisis de peligros se utiliza rp.as para describir los anaJisis que no puede determinar 8i estas reducciones del riesgo, .son 10 suficientemente grandes para justificar el costo. Este es un analisis se refieren explicitamente a la mayorla de probabilidades, partide costa contra beneficios de la reduccion del riesgo, en el cual cularmente las probabilidades de ignicion y las probabilidades la parte del riesgo se rnide explicitamente. sobre las caracteristicas y comportamientosde los ocupantes. El analisis del riesgo, debe reservarse para los analisis que inclu­ yen todas las probabilidades relevantes. La preocupacion sobre la carga para la computacion, es una (,QUE ES VaUE NO ES EL ANAuSIS razon del por que algunas veces los analistas realizan analisis del DEL RIESGO? riesgo de incendio, empleando una cantidadmuypequefia de es­ cenarios (por ej., solamente tres alternativas para donde y como Otros tipos de analisis son etiquetad08 algunas veces como "ana­ se inicia el fuego). Tambien puede haber preocupadon por la es­ li8is del riesgo". Tres elementos clave para el enfoque del amili­ casa credibilidad de los datos disponibles y por el deseo de re­ sis del riesgo son: (1) tratamiento explfcito de la probabilidad, ducir al minimo la cantidad de terminos diferentes que tienen el (2) medidas de gravedad bien definidas y (3) consideracion exapoyo de los criterios de expertos.

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SECCION 2 •

Ana/isis para proteccion contra incendios

La probabilidad, es el unico elemento que separa el analisis del riesgo de incendio de otras form as de analisis. Dada su importancia, existe un profundo desacuerdo en 10 que es la probabiJidad. La es­ cuela "frecuentista", considera cualquier probabilidad como la frecuencia estimada para que ocurra un evento en una serie infinita de experimentos. La escuela "subjetiva", considera cualquier proba­ bilidad como una expresion del grado de convencimiento para que ocurra un evento. Los partidarios de la escuela frecuentista, reconocen que muchas probabilidades necesarias, implican experimentos que ni siquiera son teoricamente posibles. La combinacion de circunstancias que anteceden ala ignicion, por ejemplo, nunca pueden duplicarse de manera precisa. Muchas mas probabilidades incluyen multiples experimentos de la vida real, muy slmilares si no identicos, pero que no pueden ser observados, 0, en el mejor de los casos, no estan siendo registrados: por todas estas razones, un frecuentista reconocera que la estimacion subjetiva es necesaria, incluso pode­ ... ---rosa;dentro-de ia·especificacion·porprobabtlidad parael analisisdelriesgo. Considerar la probabilidad como un grado de creencia, como pretenden los subjetivistas, plan­ tea la pregunta de por que alguien debe atribuirle alguna credibilidad al estimado de la probabilidad de cualquier otra persona. Esto sugiere que todo el mundo es librede escoger su propia probabiJi­ dad y que no hay punto de comparaci6n para revisar 0 cuestionar esas selecciones. Por esta razon, es raro encontrar un subjetivista puro y un analisis del riesgo convincente que se base abiertamente en el subjetivismo puro, es todavia mas raro. Una version del subjetivismo que en terminos generales es mas creible, sostiene que un esti­ made de la probabilidad, es una expresion de todo el conocimiento que uno tiene sobre el proceso subyacente que conduce al evento 0 que no 10 hace. EI anal isis bayesiano, proporciona una estructura matematica flexible para unificar las dos es­ cuelas. EI analista establece una distribucion de probabilidad previa, tanto para capturar su conoci­ miento (0 creencias), ace rca del proceso y para especificar si se requiere mucha 0 poca experimentacion para revisar sustancialmente 10 previo. Una distribucion de probabilidad previa, se ob­ tiene ajustando por medio de una serie de experimentos, 10 previo a la luz de la evidencia empirica.

FIGURA 2.3.1 Probabilidad frecuentista contra probabi/idad subjetivista

En una situacion como esta, es esencial comprender 10 que se esta asumiendo implicitamente al utilizar una estructura des­ montada como escenario. De una u otra forma, los escenarios que son modelados explicitamente, son considerados represen­ tativos de la gran cantidad de escenarios que no estan modela­ dos explicitamente. Si solamente se modelan explicitamente unos pocos escenarios, entonces se requiere que cada uno sea implicitamente representativD de unacoleccion mucho mas grande y mas variada de otros escenarios. Esposible que no existan .evidencias adecuadas que apoyen esto. LEs mejor, por ejemplo, eX::uninar individualmente los diferentes tipos de in­ cendiosen llamas 0 asumir que todos dlos se comportan como una criba de madera en combustion que ha sido encendida por un encendedor? De cU1).lquier modo, la variabilidad e incerti­ dumbre estan presentes; la unica opcion es la cantidad que se debe examinar explicitamente y la cantidad que se debe mane­ jar por suposicion (Figura 2.3.1). Al mismo tiempo, la probabilidad 0 severidad puede ser es­ timada subjetivamente y/o categoricamente. Un an:ilisis de ma­ triz de alta probabilidad, contra uno de baja probabilidad y uno de gravedad elevada, contra uno de baja gravedad, sigue siendo un analisis del riesgo, aunque sera mas dificil demostrar su vali­ dez esencial. El analisis del riesgo puede hacerse utilizando una curva para expresar el termino medio entre probabilidad/grave­ dad, en el cual esm especificado la.f{)rma 0 el tipo de curva (y pre­ sumiblemente esm validado), mientras que la escogencia de una curva en particular a partir de la familia de curvas, se hace sub­ jetivamente. Estos enfoques tienen todos los elementos esencia­

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les del amllisis del riesgo, inc1uso si sus estirnados no estitn fir­ memente arraigados en una medicion externa, objetiva y cient!­ fica. Inc1uso, es probable que los esquemas para el an:ilisis del riesgo con estructuras mas elaboradas y con parametros y varia­ bles que en principio se pueden medir dependan, total 0 parcial­ mente para el calculo, enjuicios subjetivos de los "expertos". Ademas, por 10 general el analisis del riesgo mide las muer­ tes, los heridos yel dafio.a la propiedad,.en lugar de detenerse.en mediciones sabre cuantos cuartos -0-cuanto~-metr-os~uadrad0s (pies cuadrados), alcanzaron una temperatura en particular 0 te­ ruan niveles de humo 0 gas por encirna de unumbral especifico. En la mayor parte de las situaciones en las cuales se utiliza el analisis del riesgo, es irnportante referirse a si las personas y las propiedades se han visto realmente peIjudicadas, 10 que significa que hay que prestarle atencion implicita 0 explicita a las ubica­ ciones, decisiones, movimientos y vulnerabilidades de los ocu­ pantes (reales, no solamente potenciales) ya la vulnerabilidad de la propiedad de sufrir danos. El an:ilisis del riesgo, tambien re­ quiere el calculo de los factores que contribuyen con la fiabilidad de los sistemas, tales como la probabilidad de que los elementos y los sistemas dejen de ser operativos 0 efectivos debido al error humane 0 ala negligencia; no siempre el analisis del riesgo se re­ '. 'fiere·en tOd08 sus aspectos ala fiabilidad en campo. Para expresar esto de otra manera, el analisis del riesgo de incendio requiere varios tipos de probabilidades:

Probabilidades de ignicion. En la mayoria de los casos, la especificacion del foco inicial constituye la definicion total

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de un escenario. Es mas facil para estas probabilidades que para otras, basarse en datos provenientes de incendios rea­ les, ya que estos son los factores que se documentan ruti­ nariamente. Probabilidades de desarrollo delfuego de una etapa a otm. En Ia mayorfa de los cas os, no se necesitan estas probabili­ dades ya que pueden utilizarse mode1os del desarrollo del fuego que se basan fundamentalmente en la fisica. Prohabilidades de varias condiciones ambientales que afectan el desarrollo del fuego. Incluso si estan disponibles los modelos basados en la fisica, los c,Hculos dependeran de condiciones ambientales tales como lasdimensiones del cUarloo del espaclo en el cuai se i~icia elfuego, la pr~xi­ midad inicial del fuego a las barreras y superficies, las con­ diciones de ventilacion, las aberturas haci!1- otros espacjos y su c()nfiguracion y sus tamanos y las propiedades termicas de los revestimientos del cuarto 0 espacio de origen. Aun­ que algunos de estos pueden tomar en la mayorfa de esce­ narios valores estandar, otros pueden variar y variaI11n siguificativamente y crearan la necesidad de un tratamiento por probabilidad. Probabilidades del numero, ubicaciones y caracteristicas de los ocupantes. Estas condiciones, las cuales variaran considerablemente, pueden influir tanto en el rumbo del de­ sarrollo del fuego como en el grado de dan.o ocasionado por el fuego. Probabilidades de confiabilidad. Tanto los sistemas acti­ vos de proteccion contra incendios como los elementos pa­ sivos de proteccion contra incendios, pueden variar a partir de sus situaciones ideales 0 nominales. Esas variaciones constituyen elementos de confiabilidad y tambien afecta­ ran la gravedad de un incendio.

EI amllisis del riesgo, se refiere a las preocupaciones esen­ ciales del desarrollo los tinicos modelos que pueden utilizarse son aquellos que pueden adecuarsealesquema completo para el amilisis del riesgo. Porlotanto, el anruisis del riesgo tiene la ventaja de ser capaz de examinar los detalles de di­ sefio que no pueden ser manejados por el analisls del riesgo de incendio. A largo plazo, sin embargo, seesta trabajando para se­ guir adelante con tecnicas de integraci6n del modelo, capaces de combinar la amplitud del anruisis del riesgo de incendio con la profundidad del analisis del riesgo.

USOS DE LOS OATOSPROVENIENTES

DEINCENDIOS REALES

Debido a que los incendios reales reflejan todos los faetores que afectan la probabilidad de iguicion y la severidad del incendio,

Analisis del riesgo de incendio

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usualmente el amilisis del riesgo de incendio, comienza con caI­ culos provenientes de la base de datos sobre ineendios reales. (Cada ano, casi dos mill ones de incendios son informados al cuerpo de bomberos). Para la mayorfa de anaIisis sobre clases de propiedades, se puede entonces, identificar las bases de datos ini­ ciales sobre los incendios historicos que daran probabilidades es­ tadisticamente significativas y sobre la gravedad de los incendios. Muchas sitllaciones, sin embargo, pueden determinar que se vaya mas alla de las bases de datos de incidentes para reali­ zar un am'tlisis del riego de incendio. Primero, al analizar estra­ tegias nuevas, productos 0 sistemas, no habra una base de datos .delosincendios queref1€je la1nfluencia-de estas innovaciones: En segundo lugar, puede existir inter6s en tantas caracteristicas del producto 0 del edificio, que la base de datos no tiene incen­ . dios suficientes para abarcar todas las combinaciones posibles. Tercero, puede necesitarse mayor detalle del que esta disponible enla tipica base de datos. Si los datos disponibles sobre experiencia con el fuego, son insuficientes, un analisis del riesgo de incendio comenzara a pa­ recerse mas a un analisis del riesgo, con diagramas en arbol para capturar las secuencias alternativas de los eventos, las probabi­ lidades para las diferentes condiciones posibles de inicio y las probabilidades para las transiciones de una etapa a otra durante un incendio. Lo que se mide y la cantidad de detalle, pueden di­ ferir de un analisis del riesgo, en las formas que se anotaron an­ teriormente.

ESTIMACI6N DEL RIESGO Y

EVALUACI6N DEL RIESGO

El analisis del riesgo de incendio, puede dividirse algunas veces en (1) estimacion del riesgo, la estimacion y el analisis de las medidas de gravedad y probabilidad y sus incertidumbres aso­ ciadas (2) evaluaci6n del riesgo,los pasosadicionales requeri­ dos para decidir sobre la importancia de un valor particular del riesgo () de un cambioen el riesgo. Un analisis del riesgo de in­ cendio'que incluye la evaluaci6n del riesgo, puede llamarse una evaluacion del riesgo de incendiopara subrayareLhecho de que el analisis apoyara juicios de valor. La evaluaeiop. del riesgo, debe ser conocida por c;ualquier persona que haya tenido que tomar decisiones en su negocio, ya que esta implica esencialmente el uso de analisis para d.etermi­ nar si usted obtendra aqueUo por 10 que pag6. El enfoque mas comtin para la evaluacion drl riesgo, es el antilisis costa-bene­ ficia, una tecnica en la eual todos los beneficios de la reduccion del riesgo se traducen en equivalentes monetarios. Esta tecnica permite que la propuesta de un producto 0 un sistema de supre­ sion de incendios nuevos, sea evaluada en terminos de sus be­ neficios 0 perdidas netas, costo total mas perdida 0 relaci6n del beneficio con respecto a la perdida. En un contexto como este, el "beneficio" significa vidas salvadas, lesiones evitadas y danos reducidos a la propiedad, todos combinados en una eseala mo­ netaria; y "perdida" significa el costo (tanto inicial como en curso) del nuevo producto 0 sistema. Una variacio~ es el ana­ lisis de efectividad del costa, en el cuallos beneficios de la re­ ducci6n del riesgo se traducen en una sola escala no monetaria.

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SECCION 2 •

Analisis para protecci6n contra incendios

Caracteristicas generales del(los) edificio(s) y los ocupantes

Probabilidades de incendio, por escenario de incendio, con cambio propuesto y sin el mismo

Perdidas esperadas por incendio,por tipo de perdida y escenario de incendio, con y cambio propuesto y sin el mismo

Perdidas esperadas por ano, por tipo de perdida, con el cambio propuestoy sin el mismo

Costo anual del cambio propuesto

Cambio esperado en perdidas anuales debido al cambio propuesto, expresado en terminos monetarios Medici6n de 10 atractivo del cambio propuesto

FIGURA 2.3.2 Esquema conceptual delanalisis de riesgo

Por ejemplo, es posible derivar el costo por cada vida salvada para un nuevo sistema 0 producto. .Los analisis delcosto-beneficio y de-efectividad del costo, requieren la estimacion 0 derivacion expHcita de ciertos para­ metros controvertidos. Los ejemplos inc1uyen el valor del reducido de muertes 0 lesiones y la tasa de descuento por medio de la cual se comparan las consecuencias futuras con las conse­ Cuenciasactilales (las cui:des'se discuten posteriorrnenteen este capitulo,con mas detalle).Debido a que estos parametrosson polemicos,algunas veces la evaluaci6n del riesgo utiliza meto­ dos que Ie quitanimportancia al papel de estosparametros. El riesgo aceptable, es un terrnino que se utiliza cuando el metodo de evaluaci6n del riesgo implica el tratamiento del riesgo como una restriccion. Este metodo puede parecer atrac­ tivo ya que rehusa considcrar los costos hasta que 0 a no ser que, se haya proporcionado un grado suficiente de seguridad contra incendios. En un enfoque aceptable del riesgo, un cierto nivel de se define como aceptable; entonces todas las altemativas que cumplen con dicho nivel son estrictarnente evaluadas con relacion al costo. . Este enfoque puede producir resultados poco satisfactorios. Si el riesgo es mayor que el nivel aceptable, inc1uso por una pe­ quefia fracci6n, ningun costo es demasiado grande para lograr el peligro aceptable, Si el riesgo ya es aceptablemente bajo, no de-

bera gastarse ni un centavo sin irnportar cuanta seguridad contra incendios pueda adquirirse por muy poco dinero. Esto significaque amenudo, elnivel seleccionado de riesgo acepta­ ble se establece pensando en' que se puede comprar y que puede reajustarse si la tecnologia cambia. En eJecto; esto hace que el enfoque del ricsgo accptable sea un tipo de analisis costo-bene­ ficio poco ortodoxo y que vaya en contra de la mayoria de los enfoques sobre la toma de decisiones en los negocios. Ouandoel riesgo aceptable no esta definido en terminos de riesgo asequible, este suele defmirse en terminos de (1) riesgo hist6ricamente aceptabJe (por ej .,euaiquier cosa que se haya uti­ lizado por mucho tiempo, esta bien), el eual puede ser rechazado si la comprensionpublica della magnitud del riesgo cambia dra­ maticamente 0(2) riesgo inevitable, tal como el uso de niveles de radiaci6n de fondo, como una guia para la exposicion aceptable a los rayos X us ados en medicina. Algunas veces, en la protec­ ci6n contra incendios, el aceptable ha sido inferido dc las disposiciones de los c6digos y norrnas de la NFPA. La version mas extrema de un enfoque del riesgo aceptable, es un enfoque del riesgo minimo, en el cual no .se considera el costo a no ser que se hayan hecho todas las mejoras factibles para la seguridad. Un complemento 16gico para el enfoque del riesgo acepta­ seria un enfoque del casto aceptable, en el eual se busearia la mayor reducci6n del riesgo disponible dentro del presupuesto

CAPITULO 3 •

de costos fijos (pero no mas). Aunque en la bibliografia, raras veces se menciona este enfoque, este describe casi con certeza 1a forma en que se toman algunas decisiones. Hay que tener en cuenta que los enfoques de! riesgo acep­ table y del costa aceptable, pueden ser muy sensibles ala selec­ cion inicial de un tinico panimetro clave. Si se emplean estos parametros, es necesario realizar un amilisis de sensibilidad para ver como cambiarian 1asconc1usiones si el nivel de referencia del riesgo aceptable 0 del costa aceptable, fuese diferente. El analisis de sensibilidad de los parametros clave, es esencial tam­ bien para todas las otras formas de analisisdel riesgo y es una manera en la.cuaLpue_dcll incluirsesistematicamenteiosesti~' mados deincertidumbre delenfomo.

VISION GENERAL DE UN ESQUEMA

CONCEPTUAL PARA EL ANAuSIS

DEL RIESGO

La Figura 2.3.2, proporciona una vision general del tipo de es­ quema conceptual utilizado para identificar los modelos y los datos que son necesarios en el anaJisis del riesgo. Los aspectos principales que hay que modelar pueden agruparse en seis mo­ delos, como se muestra en los ovalos: (1) modele de decision, (2) modelo de inicio de la ignicion, (3) modelo posterior a la nici6n, (4) modelo de evaluacion de perdidas, (5) modelo de costos y (6) modelo comparativo costo-beneficio. Los rectan­ gulos indican los nlimeros, ya sean entradas 0 salidas, derivados de los modelos. Estos nlimeros pueden a 3U vez, suministrarse posterionnente como entradas para otros modelos en la secuen­ cia de modelizacion. El modelo se refiere a un "cambio pro­ puesto", el cual es un termino general para cualquier cosa que pueda ser modelada: un sistema 1:ie rociadores nuevo, requisitos de compartimentacionaumentada, areas de nofumar, cigarrillos autoextinguibles obligatorios, un programa de entrenamiento para el personal 0 cualquier otro cambio que pueda hacer que los incendios sean mas 0 menos prQbablesonjasomenos severos. Un modelo de decision, se.utilizaparidescriblI como se ve­ rian e1 edificio y sus ocupantes si se hiciera ono un cambio pro­ puesto. Un modelo de inicio de la ignicion, se utiliza paraestimar las probabilidades de ocurrencia por. afio .para cada escenario de incendio y paralelamente se usa un modelo posterior a 1a ignicion para estimar las perdidas esperadas por incendio, para cada es­ cenario de incendio y cada tipo de perdida (porej.,muertes, le­ siones, danos a la propiedad). Los escenarios de incendio estan definid05 por los requisitos de los dos modelos. Por ejemplo, 5i el modelo posterior a 1a ignicion, utiliza diferentes parametros para los incendios en rescoldo 0 en llamas, entonces esa distin-' cion debe reflejarse en la separacion de los incendios en escena­ rios, para el modelo de inicio de 1a ignicion. Cuando se combinan las salidas de estos dos model os, estas producen los estimados de las perdidas esperadas anuales por tipo de perdida y para todos los escenarios de incendio. Luego se utiliza un modele de eva­ luacion de perdidas para convertir todos los tipos de perdidas a una escala comTIn y generar proyecciones ano por ano de la per­ dida total esperada, con el cambio propuesto 0 sin el mismo. Mientras tanto, en el costado derecho del esquema, la ad­

Ana/isis del riesgo de incendio

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quisicion, instalacion, mantenimiento, inspeccion, operacion, sustituci6n y otros costos del nuevo sistema, se combinan por medio de un modeio'decostos, en cifras ano par ano sobre el im­ pacto del costo debido al cambio propuesto. Finalmente, un modele comparativo del costo-beneficio, produce una medicion del atractivo que puede tener el cambio propuesto. Esto es simplemente una comparaci6n de los costos y beneficios anuales, siendo los beneficios los cambios en el riesgo. La discusi6n que sigue a continuacion, se referira en mas detalle a los seis modelos componentes. Con respecto a los dos terminos introducidos anterionnente, la estim(g:jon del riesgo in:chiyeal inodeloae deCIsion, almodelo-d~ i~icio de 1a ignicion y al modelo posterior a la ignici6n; y fa evafuaci6n del riesgo abarca los otros tres model os.

CARACTERisTICAS GENERALES

Y TIPOS DE INCENDIOS

Antes de que entren enjuego los modelos que se muestran en la Figura 2,3.2, debe haber unaestructura inicial para el problema que describe el tipo de edificio, las caracteristicas de sus ocu­ pantes y los tipos de incendios quese van a estudiar. Las distri­ buciones de las probabilidades pueden ser necesarias para cualquiera de estosJactores. Incluso, si solamente se esta anali­ zan do un unico edificio, el comportamiento de dicho edificio con respecto al incendio, puede variar como una funci6n de las con­ diciones que varian aleatoriamente, tales como las posiciones de las puertas y ventanas (abiertas 0 cerradas) 0 de los sistemas de calefaccion y enfriarrrientode aire forzado (encendido 0 apa­ gado). Las ubicaciones y condiciones de los ocupantes tambien pueden variar de manera aleatoria 0 siguiendo un patr6n. Tam­ bien es util cuando se establece un problema, estar al tanto de cualquier factor que no pueda ser incluido explicitamente. Esto ayuda en la interpretacion de los resultados. El punto mas im­ portante que hay que recordar cuando se defmen los tipos de in­ cendios, es que todas h'sp()sib1esTgniciones de incendios deben estar cubiertas. Es posible quelosincendios tengan que estar agrupados en clasesque no son c,?mpletamente homogeneas, pero esto no es una practicava1ida.para exc1uir a ciertas catego­ rias de incendios. En el posible evento,de que el modele poste­ rior a la· ignicion, requiera que cad a tipo de incendio sea especificado con gran detalle (por ej., ubicacion y tasa de libe­ racion de calor del primer material que hizo combustion), habra que escoger entre una gran carga inmanejable de computacion proveniente de un gran nlimero de escenarios de incendio 0 entre a1gunas agrupaciones inc6modas detipos de incendios muy di­ ferentes, dentro de un nlimero pequeno de escenarios de incendio. El esquema de c!asificacion, debe distinguir entre los esce­ narios de incendio que son afectados de manera diferente por los sistemas 0 estrategias que estan siendo estudiados. Suponga que los rociadares de respuesta rapida, estan siendo evaluados para un posible uso en viviendas. Por 10 tanto, pueden identifi­ carse las propiedades clave de los incendios que afectan su res­ puesta ante los rociadores, respondiendo aestas preguntas: 2,Cutiles areas de origen no serian accesibles para los rociadores (por ej., el exterior de la vivienda, los espacios ocultos, las areas

2.....30

SECC!ON 2 •

Analisis para proteee/on contra incendios

de la vivienda que no cuentan con rociadOIes, como los banos)? l.Puede caracterizarse mejor ala energia de ignici6n como ener­ gia de brasas, de llamas 0 de llama rapida/alta? La distinci6n entre los incendios de brasas, en llamas y de llamas nipidas, puede hacerse para reconocer el hecho de que el crecimiento del fuego (el eual activa el rociador) y la propagacion del hurno (la eual es la principal causa de muerte) no se desarrollan en todos los incendios de la misma manera.

MODElO DE DECISI6N Ademas de definir los tipos de incendios y especificar las carac­ teristicas generales del edificio y los ocupantes, es necesario es­ pecificar todas las diferencias que podrian ocurrir si se realizara el cambio propuesto. 8i por ejemplo, el cambio incluye nuevos sistemas fijos de detecci6n de hurno, serian necesarias especifi­ caciones para los sistemas. Si los sistemas estuvieran disponibles en dos 0 mas versiones (por detectores de humo por ioniza­ ci6n y fotoelectricos), debera estimarse la probabilidad cuando se utilice cada una de las versiones (por a partir de datos sobre patrones de usa 0 participaciones proyectadas del mercado). Tambien serian necesarias lasprobabilidades para las variaciones en el estado de un sistema (por ej., completamente operativo, operativo pero bloqueado en un cuarto, apagado 0 eliminado). Estas especificaciones determinan precisamente que elementos de protecci6n contra incendios y que elementos relacionados con el fuego, estarian en su lugar para tener una influencia en el curso de un incendio, en caso de que este tuviera lugar. Si el cambio propuesto, incluyeentrenar al personal 0 edu­ car a los ocupantes, deberian hacersepreguntas similares: l.Cua­ les son los detalles del(los) programa(s)? l.CuaI es la

Recopilacion y revision de datos historicossobre incidentes de incendio Revisi6n y evaluaci6n de datos hist6ricos para 10 que

se esta estudiando

(por aj., e8ificio, producto)

probabilidad de que se utilice cada una de las versiones del pro­ .lSi ocurre un incendio, cual seria el estado del programa (por todo el mando recibi6 entrenamiento y actu6 en conse­ cuencia, algunos faltaron al entrenamiento, algunos 10 olvida­ ron, algunos entraron en panico)? Algunas veces, es util separar las partes del modelo de de­ cision en aquellas caracteristicas que fueron seleccionadas pOI el propietarioo admmistrador del edificio (por ej " seinstalo un ro­ ciador) yen aquellas que entraron en juego despues de Ia selec­ ci6n (por ej., el rociador se instal6 incorrectamente). Algunas veces, estas ultimas partes se conocen colectivamente como un modelo de irnplementacion. EI modelo de implementacion, alsla aquelios factores que son IT1~s~d1fIcl1e8de controIar,-ya seapor­ que estos requieren un estado de alerta continuado (por ej., sin un ensayo y mantenimiento programado, disminuira la fiabili­ dad sistema de rociadores). 0 porque estos no .estan .directa­ mente bajo el control del propietario <> administrador del edificio (por ej., un administrador puede ordeflar la instalacion de un sis­ tema de rociadores pero tieneque trabajar con otros para asegu­ rarse que este se instala apropiadamente). Ni el modelo de implementaci6n ni el model0 de decisi6n mas grande, necesitan toda la informacion sobre los cambios propuestos. Los modelos necesitan solamente aquellos detalles que afectaran la probabilidad de que surja un incendio, el desa­ rrollo de dicho incendio 0 las reacciones de las personas y la propiedad ante el incendio. Por ejemplo, algunos factores inca­ pacitaran al sistema de modo que el incendio se desarrollara como si noestuviera presente un sistema y esta es toda la infor­ maci6n que se necesita. Algunos factores degradaran el desem­ peno del sistema pero sin embargo, permitiran que haya cierto irnpacto en el desarrollo del fuego; puede ser posible modelar dicho impacto reducido como modificaciones simples al im­ pacto esperado, si el sistema fuera totalmente funcional.

~.

--

Base de datos editada sobre incendios hist6ricos relevantes

..

r--­

Evaluaci6n de la aplicabilidad de los datos, i,Que es diferente, o ha camtiiadoentre elpresente y e momenta de ios hist6ncos­ incendios, en relaci6n a 10 que se esta estuejiando,?

+ Si

!

.. l,Son suficientes las luentes de datos historicos para estimar las probabilidades?

!,

Estimar las probabilidades utilizando • Ley Bayes · Analisis del arbol de fallas • Datos que no son de incendios • Analisis de eventos externos

Calcular las probabilidades

J

No

Documentar/justificar los datos, los juicios de ingenieria y los valores de -exac-- . titud (grado de incertidumbre)

.~ Probabilidades requeridas FIGURA 2.3.3 Procedimiento general para estimar lasprobabi/idades necesarias

J

CAPiTULO 3 •

Amilisis del riesgo de incendio

2-31

MODELO DE INICIO DE LA IGNICION E1 modelo de inicio de la ignicion,es necesario para produ.cir los estimados sobre la probabilidad de ignicion por ano, por tipo de incendio, dadas una estructura de escenarios de incendio y las caracteristicas contra incendio relevantes del edificio y sus ocu­ pantes. E1 modelo de inicio de la ignicion, es un dispositivo para combinar las probabilidades conocidascon e1 fin de inferir las probabilidades desconocidas. Un ejemplo simple, ilustrara los tipos de calculos que son posibles y deseables.Supon~(l_'luehay nmar£as-
F=L Npi'iqi

Fuego

Dano mode­ rado debido al incendio

Dano impor­ tante debido al incendio

;=1

Notese que bay tres formas de reducir los incendios debi­ dos a los cigarrillos marca i: (1) yea que casi nadie los compre (reduzca pJ, (2) yea que las personas que los compran casi siem­ pre descarten apropiadamente los cigarrillos usados (reduzca ri ) y (3) yea que usualmente los cigarrillos descartados se auto ex­ tingan (reduzca qJ Este modelopuede utilizarse para examinar varios tipos de estrategias diferentes. Una prohibicion de todos los cigarrillos que no cumpien con una norma de autoextincion, cambiaria los valores 'de Pi, ya que lasinarcas prohibidas tendrian sus valores pi "redllcidos acero y los valores Pi de todas las otras marcas se elevarlan para llenar el vado del mercado. Una campana para educar al publico sobre no arrojar los Cigarrillos, disminuiria los valoresde ri Yun requeritnientopara reducir la inflamabilidad de los filtros, disminuira todos losvalores q" ya que mas ciga­ rriIlos se autoextinguirian si los filtros fueran mas dificiles de encenderse. Para realizar el anaIisis, se deben establecer val ores inicia­ les para los parametros. E1 proposito de este ejemplo, es el de mostrar como se derivan los valores para los parametros, a tra­ ves de una combinacion de medicion directa, de presunciones razonables e inferencia matematica. Los valores de Pi' pueden medirse a traves de registros de ventas 0 por medio de una en­ cuesta sobre los usuarios del producto. Los valores de qj. pueden ser medidos en ensayos de lab oratorio. Los mas esquivos seran los val ores de r i , las mediciones sobre la frecuencia con que se arrojan cigarrillos, ya sea que se produzcan incendios 0 no. Si se asume 0 se puede probar que todos los tipos de cig­ rriHos tienen la misma probabilidad de ser arrojados, entonces solo hay un valor comun r i , el cual puede ser resuelto. 0, si pue-

FIGURA 2.3.4 Arbol de eventos (Fuente: © factory mutual insurance. Co. Reimpresi6n con autorizaci6n. Todos los de­ rechos reservados.)

den obtenerse datos sobre el numero de incendios ocasionados por cigarrillos ano por afio, segUn la marca de cigarrillo, enton­ cespueden resolverselos valoresintlividuales der;. En un caso mas complejo, suponga que el analista tenia al menos tantos afios sobre datos de incendios como marcas de ci­ garrillos. Tambien suponga que puMe asumirse0 demostrarse que en la experiencia en incendios, las variaciones de Un ano a otro, se debfan solamente a carobios en la participacion en el mercado. (Esto es equlvalente a asumir que ni el comporta­ miento de arrojar cigarrillos ni la propension de cada marc a para iniciar un incendio si estos sOljl arrojados, han cambiado a traves de los anos). Por 10 tanto, si pueden obtenerse para cada ano los valores de Pi (participaciones en el mercado), seria posible re­ solver los valores de r i, usando los anos de los datos sobre in­ cendios, como un conjunto de n ecuaciones en n incognitas. Estos enfoques diversos, ilustran un punto generaL Para es­ tillar las probabilidades desconocidas, es necesario (1) encon­ trar fuentes directas de datos para las incognitas (por ej., encuesta sobre el uso de filtro), (2) desarrollar suposiciones ra­ zonables para los valores de las incognitas (por ej., por que los r i pueden ser todos iguales), (3) encontrar formulas validas que relacionen las incognitas con otras variables sobre las cuales existan datos suficientes para hacer de nuevo inferencias para las probabilidades de las incognitas 0 (4) llenar los vados con esti­

2-32

SECCION 2 • Am3lisfs para proteccfon contra incendios

Modelo de crecimiento del incendio

Modelo de movimiento , , del humo

ModelodeJ riesgo debido al humo

Modelo, economico

Modelo del numero esperado de muertes

No

FIGURA 2.3.5

Si

Modelo para fa evaluacion del costa del riesgo

maciones deexpertos. Un rilOdelo completo de inicio de la ignicion, necesita com­ binar muchos mas factores a los que se utilizaron en la simple ilustraci6n y necesita acomodar entre las variables una multitud deinterdependencias logicas y de probabilidad. Es posible que existan muchosfactores diferentes, donde ninguno es necesario para que ocurra un incendio ydonde ninguno es suficiente para ocasionar un incendio, excepto cuando se combinan con algunos otros factores ..EI formato estandar para constimir dichos mode­ los, es el arbolde fallas oelarbol de exitos. En la Figura 2.3.3,se muestraun organigrama mas generico de l{)s pasosque se requierenpara estimar las pmbabilidades.

MODELO POSTERIOR A LA IGNICION EI modelo posterior a la ignici6n se utiliza para estimar la gra­ vedad de los tipos especificos de incendios, dadas lascaracte­ risticas especificadas para el edificio y los ocupantes y el estado de todos los sistemas, elementos, productos y 01ros cambios que estan siendo analizados. La metodologfa para seguirle la pista al desarrollo y a las consecuencias finales de un incendio que ha sido especificado bajo las condiciones especificadas para el edi­ ficio y los ocupantes, puede ser por determinacion, por probabi­ lidad 0 mas posiblemente, una mezcla de los dos. Los ingenieros de protecci6n contra incendios, estan al tanto del rapido crecimiento de los modelos por determinacion

para computadora, utilizados para analizar el desarrollo de un in­ cendio y sus efectos bajo condiciones especificadas. En un ana­ lisis del riesgo de incendio, hay dos requisitos especiales para el componente del modele posterior a la ignicion, que restringen el uso de los modelos por determinacion existentes: (1) Este no puede acomodar una tipologia de incendios que lla sidodividid~ de manera mas acertada, la eual puede ser manejada por el mo­ delo de inicio de la ignicion. (por para cada tipo distinto de incendio cuyo desarrollo e impacto final esta modelado, tam­ bien debe ser posible estimar la probabilidad de dicho tipode cendio); y (2) este debeproducir no solarnente lasdescripciones f'lSicas de la extension de la llama,gas y humo, sino tambien las medidas que son utiles, como lasmedidas .finales de impacto, tales como muertes, lesiones y danos materiales ala propiedad. El modelo posterior a la ignicion (un modelo de desarrollo del fuego y sus resultados),
CAPiTULO 3 •

de incendio, como resultado de los diferentes valores de entrada que van a ser model ados (por ej., diferentes estados iniciales de los sistemas de protecei6n contra incendios). En otras palabras, debe identificarse un numero limitado de parametros del fuego a las que se les debe seguir la pista y un numero limitado de pun­ tos en el tiempo en los cuales estos deben revisarse. . Un tipo de modelo para haeer esto, se llama un arbolde eventos, el formato normalizado de modelizaci6nde la teoria de decisi6n estadistica. En un arbol de eventos, cada punto en el tiempo est\. caracterizado por un· eonjunto de eventos.Estos evenios indican todos los estados en los cuales puede eneon­ trarse el fuego en determinados puntos en el tiempo (con los es­ tados -definidos porelnumero 'limitado deparametroscdel incendio citadas previamente). Por 10 tanto, para cada evento, se debenespecificar las probabilidades de que (comenzando por dicho evento), elincendio se desarrollani en cada uno de los es­ tados posih1es(0 eventos), que puedan caracterizar al incendio en el siguiente punto enel tiempo. Los arboles deeventos fun­ cionan bien si todos los factores que estan siendo analizados, operan en momentos relativamente bien definidosen el tiempo o en las etapas del incendio.La experiencia al utilizar estos mo­ delos, indica queel desempefiode la mayoria de los sistemas de proteeei6n contra incendios y sus elementos, pueden conectarse a los eventos, los cuales estandefinidos por las caracteristicas del incendio. La Figura 2.3.4, es un ejempl0 simple pero que sigue siendo uti! y practico. La Figura 2.3.5,muestra un analisisdel riesgo de incendio que inc1uyeun sistema mas integrado de los modelos sobre el crecimiento del fuego y el humo y trata el desarrollo del fuego mas por determinacion que por probabilidad. Un arbol de eventos (ver la Figura 2.3.4), como cualquier modelo en arbol, consiste en nodos y arcos. Cada nodo repre­ senta un evento 0 etapa en el desarrollo del fuego (normalmente un punto donde se activara un sistema 0 elemento en particular, siestees operativo 0 donde la ve!ocidad del fuego cambia dra­ maticamente (por ej., combustion subita generalizada). La con­ dicion del incendio en el momento de Ia extinci6n, es tomada por los eventos resultantes, los
- _...... -_._.«-_...._ - - - - - - - - _......_---­

Anafisis del riesgo de incendio

2-33

nera que un carro en una autopista paga solamente un peaje. En cada evento (excepto en los eventos resultantes), no habra dos 0 mas direcciones, en las cuales pueda desarroHarse poste­ riormente el incendio y existiran probabilidades de transicion, asociadas con cada una de estas direcciones. Todas las probabi­ lidades de transici6n de un evento, suman 1. Estas son las pro­ babilidades condicionales de que un incendio alcanzara un evento particular, siempre que esteyahaya alcanzado el evento inmediatamente anterior. Un trayecto, es una secuencia posible deeventosparael incendio, desdeel primer evento (ignici6n) hasta uno de loseventos resuitantes. Cada trayecto describe el crecimientoy extinci6n del incen~i().con Ia mayorcantidadde detalles que puede ·ser proporeionada por ·el· modelo;Unapro­ babilidad del trayecto, es la probabilidad de un trayecto com­ pleto, calculado como el producto de las probabilidades de transici6n para todos los eventos a 10 largo del trayecto. Debido a que con frecuencia, varios eventos resultantes son identicos exceptopor lostrayectosutilizados para alcanzarlos, aJgunas veces es util calcu1ar una probabilidadresultante. Esta es la pro­ babilidad de un conjunto de eventos resultantes similares y es igual a la suma de las probabilidades deltrayecto,para los tra­ yectos queterminan en esos eventos resultantes. La perdida es­ perada por incendio, se calculaal multiplicar las probabilidades detransicion para las ramas que conducen a los resultados, por las perdidas asociadas con esos resultados, luego se asignan esas perdidas a los eventos desde los cuales se originaron las ramas y se adiciona cualquier peaje asociado con esos eventos. Este proceso se repite (y se llama "enrollar el arbol"), hasta que se haya calculado una cifra de perdida esperada para e1 primer evento (ignici6n). Dichovalor se convierte entonces, en la per-­ dida esperada para e1arbol deeventos.

MODELO DE EVALUACION DE PERDIDAS La asignacion explicita 0 implicita de ",alores monetarios a las vidas sa1vadas y a las lesiones que se han prevenido, es el ele­ mento clave de este modelo. Este es un paso dificil que muchas personaS· encuenti:an clesagradable o' inc1uso IllmoraL El priIner punto), el mas importante que hay que anotar, es que no se lepide a los individuos que den un preciopor el cmil estarian dispuestos a mom 0 a q~edar lisiados. En suJugai,se les pide que den uri precio que estarian dispuestos a aceptar para perniitir que su bajo riesgo actual cle morir 0 de quedar lesionados durante un incen­ dio aumente 0 10 que ellospagarian para hacer que dicho riesgo continue siendo pequeno. Con una poblacion residente de casi 260 millones de personas y un numero anual de victimas morta­ les debido al fuego, en el range de 4000-5000, un ciudadano pro­ medio de los Estados Unidos, tiene cada ano una probabilidad de menos de una en 50 000 de morir en un incendio. Incluso para los grupos de mayor riesgo, el riesgo es cada ano probablemente in­ ferior a una probabilidad en 5000 0 inferior a una probabilidad en 65 a 10 largo de toda una vida. Una persona puede agregar de ma­ nera racional un precio, hasta con un cambio dell 0% 0 del 50% en un riesgo como este y seguir siendo consistente en la creencia de que la vida (por ej., la certeza de perderla), est!.\. por encima del precio. Una persona racional pagaria mucho mas par reducir la probabilidad de morir de 1,0 a 0,8, de 10 que 61 0 ella pagaria para

2-:-34 SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

disminuir el riesgo de 0,3 a O,l. Si se logra este punto, cuando se consideran las altemativas que cambian los riesgos dentro del rango caracteristico del riesgo de incendio, la siguiente tarea es identificar cuales cifras en particular, deben usarse para detenninar el valor de la vida y el valor de la lesi6n. Durante los alios sesenta y antes, general­ mente el valor de la vida se calculaba sobre la base de ganancias futuras a las que se ha renunciado y que han sidodescontadas. Este enfoque Ie asignaba implicitamente un valor nulo a las vidas de las personas retiradas y a las amas de casa de tiempo completo y un valor sin importancia a las vidas de los trabaja­ dores mayores y de los nilios j6venes. Dichas distinciones eran filos6ficamente ,0bjetables.Inc1uso para los principalesasala­ riados, la metodologiano podia permitir ninguna garantia de que el valor obtenido podria igualar el precio que las personas pa­ garian por la reducci6n del riesgo. En afios recientes, este enfo­ que ha sido abandonado en gran medida, en favor de los calculos donde se tiene la intenci6n de pagar por la reducci6n del riesgo de muerte. Hablando pnicticamente, el cambio en el enfoque casi triplic6 los valores estandar de la vida. 12 Para todos los desacuerdos filos6ficos, los valores reales li­ gados a las vidas salvadas, como qui era que fueron calculados, tienden a concentrarse dentro de dos 6rdenes de magnitud. La mayor parte de los estudios estiman el valor de la vida en cien­ tos de d6lares 0 millones de d61ares. Algunos de los valores mas altos se toman de indemnizaciones otorgadas por jurados que compensan las muertes. Muy pocos estimados alcanzan valores tan altos como decenas de millones de d6lares 0 tan bajos como decenas de miles de d61ares. Es dificil establecer metodologias completamente persua­ sivas para evaluar un consenso popular sobre el valor de la vida, ya que a las personas no les gusta pensar en la muerte. Si se les pregunta acerca del valor de toda su vida, ellos se refieren a la santidad de la vida y afirman que el valor es infinito. Si se les pregunta sobre el valor de un cambio en el riesgo de morir, les parece dificil relacionarse con dicha opci6n. Si se les presentan sltuaciones de elecci6n forzada que contienen valores implicitos para la vida, las personas dan respuestas que pueden reflejar la forma en que se hicieron las preguntas. Sin embargo, un estudio realizado en 1988, sobre las valoraciones utilizadas al evaluarun arnplio rango de reglamentaciones federales propuestas, con­ cluy6 que "recientement~ hahabido cierta convergenciaalrede­ dor de una cifra estadistica de $1 a $2 millones por cada vida". 13 Otra altemativa, es la "de usar un valor por afio de vida sal­ vada. Un gran numero de casos reguladores fueron examinados y la Claslficaci6n de las alternativas encontradas, no se veia afec­ tada drasticamente por el uso del valor de ano de vida frente al valor de cad a vida. 12 Sin embargo, la utilizaci6n del valor del ano de vida, tiende a darle mas credito a salvar nifios (hasta casi el doble, ya que la duraci6n esperada de sus vidas es casi el doble que el de la poblaci6n general) y menos credito a salvar a los adultos mayores (por un factor de cuatro 0 mas). La seguri­ dad contra incendios en los colegios, se verla aumentada y 1a se­ guridad contra incendios en las residencias para la tercera edad, podria reducirse ligeramente si se lisaran IDs calculosdel valor del afio de vida. Inc1uso, despues de que se ha tenido la intenci6n de pagar el estandar que corresponde al valor de la vida, siguen existiendo

algunos problemas tecnicos dificiles. Uno es la pregunta de si hay que calcular por separado la voluntad de pagar por cada in­ dividuo (0 por cada grupo importante), que ha sido afectado por un cambio propuesto. En un analisis que tiene como objetivo al propietario 0 admmistrador de la propiedad individual, dicha di­ ferenciaci6n es inevitable y debe ser una parte explicita 0 al menos implicita de cualquier analisis del mercado para un nuevo producto, sistema 0 enfoque. Tambien existen varios estudios de los factores que afectan la intenci6n de pagar. La ,intenci6nde pagar es mas baja en los norteamericanos pobres y mayores, en los que estan gravemente enfermos 0 discapacitados yen los amantes del peligro. Para los pobres, por supuesto, la capacidad de pagar es ,tambien mas baja. Para los norteamericanos mas viejos y los que estan gravemente enfermos, el valor mas bajo que se Ie da a la vida parece refle­ jar el hecho de que la cantidad (para los'norteamericanos mas viejos) 0 la calidad (para los enfermos) de vida que les queda, es bastante inferior a la norma nacional. Sin embargo, todos estos grupos con menos deseos de pagar, tambien tienden atener ries­ gos relativamente mas altos de convertirse en victimas fatales por un incendio. Estos son precisamente los grupos que hay que tener como objetivo, si el total de vidas salvadas fuese el crite­ rio de elecci6n. Por el contrario, las personas que tienen mayor intenci6n de pagar (acomodadas, saludables, que no corren ries­ gos, j6venes cabezas de familias), son los que tienen menor pro­ babilidad de beneiiciarse ya que sus riesgos actuales de morir en un incendio, ya estan por debajo de1promedio. Otra raz6n para las variaciones en la intenci6n de pagar, in­ cluye mas la naturaleza de los riesgos que las caracteristicas de aquellos que experimentan estos riesgos. Los riesgos que son voluntarios, no esenciales, ocupacionales 0 que son resultados del uso incorrecto del producto, se consideran menos serios que los riesgos que son involuntarios, esenciales, publicos 0 que son resultados del uso normal del producto. Un riesgo de muerte para alguien que vive cerca de un reactor nuclear, se valora mas alto que un riesgo igual de muerte para alguien que trabaja en una mina de carbOn. La diferencia se basa en la suposici6n de que, es mas probable que los riesgos ocupacionales sean volun­ tarios y que sean compensados fmancieramente, {Estas, dos ,su­ posiciones son cuestionables). Los trabajadores en ocupaciones peligrosas, como las minas, pueden tener pocas alternativas ocu­ pacionales realistas, mientras que los residentesde areas peli­ grosas, como terrenos que se inundan, pueden tener muchos lugares alternativos para vivir y pueden,haber recibido compen­ saci6n econ6mica por medio de costos mas bajos para vivienda, que al menos igualan a cualquier beneficio financiero recibido por los trabajadores). De iguJI forma, los riesgos de muerte aso­ ciados con actividades voluntarias no esenciales, tales como fumar y volar en planeador, se valoran menos que los mismos riesgos asociados con actividades voluntarias pero esenciales, tales como conducir un autom6vil. En el riesgo de incendio, este argumento aparece en el debate sobre la imparcialidad de impo­ ner normas de resistencia a las llamas (y los costos acompafian­ tes) a todos los colchones, para proteger a las personas que escogen fumar en la cama. Las muertes que ocurren en incidentes irnportantes donde hay muchas victimas fatales, se valoran de manera diferente (y por 10 general mas favorablemente) que las muertes que ocurren

,

,

'---"--"'----­

CAPITULO 3 •

en incidentes mas pequefios. Los incidentes importantes se de­ nominan en la literatura sobre anilisis de riesgo, riesgos par te­ rror; el factor del terror es (el miedo mas grande ala muerte que ocurre durante un incidente importante), en tales casos el que au­ menta el valor del riesgo. El efecto de los incidentes importan­ tes sobre ]as familias ylas comunidades"ha sido utilizadopara argumentsr por el rnayoromenor peso que deben tener dichas muertes (mas alto porque pueden extinguirse las lineas de san­ gre familiares, menor porque multiples muertes en una familia, significan que habra menos sobrevivientes para lamentarse por cada victima fatal). 14 . LQsj.ncideJJJesd~. terror, .cons.tituy.enun .ejemplo.especiaI7 mente dramatico del fen6meno de aversion al riesgo. Por ejem­ plo, l
Analisis del riesgo de incendio

2-35

posterior a Ia ignici6n, pero esto no es necesariamente asi, e in­ cluso si 10 es, alin pueden ser necesarias a1gunas conversiones. Si se han utilizado los modelos sobre el crecimiento del fuego y la propagaci6n del hurno, el dafioaJapropiedad puede haber side calculado en tenninos tales como los cuartos expuestos al fuego o al humo, para diferentes per1odos de tiempo y tamanos de areas, donde se ha perdido la integridad estructural. La conver­ si6n de tales descripciones a equivalentes monetarios, requeriria datos y modelos que no existen en este momento, a pesar de los repetidos esfuerzos para desarro1larlos. Jj Incluso, si el dano se expresa en d6lares, es deseab1e tener en cuenta el hecho de que Ia perdida que .tiene.que.enfrentarel propietario de la prepiedad, pueda ser mediada por elementos tales como el segura. En tal caso, sena necesario .estimar la re­ ducci6n probable del desembolso, de los dafios no asegurados mas las primas del seguro, en lugar de la reduccion probable en el dano directo total alcanzable. Otra consideraci6n en el modelo de evaluacion de perdi­ das, es si hay queincluir un ajuste para la perdida indirecta.( ele­ mentos tales como salarios perdidos, costos de ubicaci6n temporal e ingresos perdidos durante los dias que un negocio permanece cerrado). Estas perdidas pueden ser muy grandes en los casos individuales, como en el incendio .del MGM Grand Hotel, pero los mejores estudios indican que en el agregado, estos tienden a tener una categona de magnitud mas pequefia que las perdidas directas. 18

MODELO DEL COSTO Los costos pueden dividirse en: (1) costos iniciales de los cam­ bios propuestos que estan siendo estudiados, (2) los costos en curso de estos cambios una vez que estos se han hecho y (3) los efectos de ondulacion sobre otros costos, tales como la necesi­ dad de aurnentar el suministro de agua para alimentar un sistema de rociadores. El ultimopuede inc1uir aumentos 0 reducCiones en los costos, inc1uyendo el calculo de los costos para muchos afios en~1. futurQ: para logra,r qll,eJ~s:tatare:i sea rnallejable,e1 analisis puede establecerse en terminos de los penodos norma­ les para mantener, reparar y reempla.'lllr los .elementos que se estan analizando. A continuacion, se muestra una visi6n general de los componentes mas importantes de cada uno de los tres tipos de costos . Estas listasno son exhaustiyfiS, pero estas indi­ can la necesidad de estimar los efectos de las diferentes deci­ siones y de evaluar sus impactos sobre el costo.

Costos Iniciales de los Cambios que se Estan Estudiando Costos del equipamiento. Para los productos nuevos, puede ser necesario estimar cuales seran los costos, cuando Ia produc­ cion en masa este en marcha. En muchos casos, la produccion en masa, continua cayendo a medida que ocurre un desarrollo posterior. (Por ejemplo, los detectores de humo han mostrado este patron) Costos de Instalaci6n. La estimacion de los costos de instala­

2-36 SECCION 2 .

Analisis para proteccion contra incendios

cion, puede requerir un analisis de los pasos requeridos para la instalacion, ya que las boras de trabajo por persona y las babili­ dades requeridas para esos pasos, pueden ser superiores 0 infe­ tiores ,a las que senecesitan,para productos comparables"que ya estan en uso. (por ejemplo,la ruberia de piastico puedeinstalarse mas rapidamente que la tuberia de hierro y durante la instalacion, puede requenrse un esfuerzo que consuma menos tiempo para proteger las alfombras y los muebles de la suciedad.) Los costos de trabajo por hora, pueden variar considerable­ mente de un lugar a otro, al igual que lastarifas generales; estas variaciones abogan por un esfuerzo serio para que se recopilen datos .representativ{ls. --_. ~,-,~- --~_ Costos de Financiacion. Estos seran relevantes si los siste­ mas estan financiados a travesde planes de pago diferidos (porej., como parte de 10 que esta cubierto por la hipoteca de un edificio). Costos de PermisofLicencia. Pueden existir algunastarifas que se pagan una sola vez y que se requieren para instalar los sistemas. Algunos Costos se Compensan en la Reventa. Si los sistemas yelementos nuevos se suman al valor de reventa de la propie­ dad, esto compensara parcialmente los costosiniciales.

Costos Actuales de los Cambios que Estan Siendo Estudiados

Ingresos por Salvamento para las Compensaciones del Costo. EI equipamiento que es reemplazado puede ser rev en­ dido. De ser as!, los ingresos por salvamento ayudan a reducir los costos netos del sistema.

Efectos de Ondulaci6n sobre

Otros Costos del Edificio

Costos de los Sistemas de Ap()yo.Muchos productos nuevos pueden requerir reposicion, modificaci6n 0 que se les agreguen sistemas critic os de apoyo (por ej., suministro adicional de agua para-el-sistema-de Tociadoresde-unavivienda-en'unarea -rural). Los costos del equipamiento y la instalacion de estos cambios para apoyar los sistemas, deben ser identificados e incluidos. Al igual que todos los cambios en los costos operativos,en los cos­ tos de reparacion y mantenimiento,en los costos de inspection y prueba y sirnilares, para los sistemas de apoyo modificados y cualquier cambio en estos costos que se llevan a cabo para los sistemas de apoyo sin modificar. Incentivos 0 Creditos Especiales. Las reducciones en las pri­ mas de seguros que reflejan la reduccion esperada en la perdida directa, deben contarse en el'modelo de evaluacion de perdidas. Las reducciones adicionales ofrecidas como incentivos para comprar sistemas, as! como los incentivos 0 creditos sobre la propiedad 0 los impuestos sobre los ingresos, deben contabili­ zarse aqui.

Costos de Funcionamiento. Un nuevo sistema 0 producto puede necesitar trabajo, energia 0 algun otro consumo conti­ nuado para operar. Estos costas deben ser inc1uidos.

Valor de la Propiedad e lnipactos sobre eJ Impuesto. Los cambios en los impuestos de 1a propiedad que reflejan los gra­ vamenes carnbiados del valor de la propiedad, deben ser tenidos en cuenta. Pueden existir consecuencias scibre el impuesto, si los elementos Ie agregan valor a la propiedad.

Costos de Inspeccion y de las Pruebas. Muchos sistemas re­ quieren inspeccion peri6dica y ser probados despues de la ins­ thlacion: Estos coStosdeben estar in:cluidos. Por 10 general, el trabajo sera el elemento 'COn el costo principal, pero algunas pruebas (tales como las pruebas de .fociadores), pueden incluir los costos de materiales y otras pruebas pueden requerir la des­ trucci6n de una muestra de los componentes del sistema que re­ queriria serreemplazado. '

Cambios en los Costos de la Tierra 0 Caracteristicas Reque­ ridasdel Edificio. Los elementos de seguridad que han sido adicionados pueden permitir trueques en forma de densidad au­ mentada0 requisitos reducidos paraotras caracteristicas del edi­ fieio. Estas necesitan ser consideradas como costosy cualquier otro true que en otroselementosde seguridad, tambien debe estar incluido en ios modelos de evaluacion de perdidas.

Costos de Reparacion, Mantenimiento y Reposicion. La ma­ yorfa deios sistemas requerinin reparacion y mantenimiento y si el perfodo de estudio es 10 suficientemente largo, debeni con­ siderarse una reposicion periodica.

Cambios en los Costos de la Proteccion PubliCa contra In­ cendios. Si los edificios aentro de un grupo reciben modifica­ ciones similares, puede ser posible que se acepten tiempos de respuesta mas largos 0 tamaflos reducidos de los equipos de su­ una reducci6n en los costos presion de incendios, 10 que de la proteccion publica contra incendios.

Costos de los Daiios que no son Ocasionados por el Fuego y que son Causados por los Sistemas. Un ejemplo de un dano que no es ocasionado por el fuego sino que es causado por un sistema, sena e] dafio ocasionado por el agua debido a la des­ carga accidental de un rociador. Costos delPermisolLicencia. Un ejemplo de un costa de permiso 0 licencia, seria la tarifa del agua ,de reserva que se aplica en algunas jurisdicciones en los edificios equipados con rociadores.

MODELO COMPARATIVO

COSTO - BENEFICIO

EI IDod,el0 de costos y el modelo de evaluaci6n de perdidas, pro­ ducen flujos de tiempo de los costos y beneficios por la reduc­ cion del riesgo esto es, estimaciones afio por afio de los costos y de las reducciones en muertes, lesiones y dan.os a la propiedad

CAPiTULO 3 •

debidos al fuego, donde la ultima reduccion se expresa en per­ didas monetizada:stota:]es. Patacompararlos costos con los be­ neficios, las dos corrientes, deben combinarse en un unico indicador manejable de los beneficios netos. Para comparar los costos y beneficiospresentes y futuros, es necesario decidir 10 que valen en la actualidad los costos y be­ neficios futuros. E8to incluye el concepto del costo de oportu­ nidad. Suponga que se gastaron $20 en un sistema de seguridad contra incendios y que diez afiosmas tarde, se recibieron $20 en forma de dafios reducidos a la propiedad durante un incen­ dio. Esto no seria una propuesta sin perdidas ya que inversio­ nes altemativas, podrian haber pagado intereses durante dicho peiiodo.·· ,.. • . . . ' ... , .' ,. ... , Las suposiciones acerca del atractivo de dichas inversio­ nes, se reflejan en una presunta tasa de descuento (una propor­ cion entre 0 y I, utilizada para reducir el valor de los costos y beneficios futuros). La mayoria de las estrategias que reducen el riesgo de incendio, incluyen costos superiores a los beneficios en los afios siguientes y beneficios superiores a los costos en los ultimos afios; esto haec que la tasa de descuento sea un factor critico en la evaluacion general para determinar si los benefi­ cios justifican los costos. Ademas, incluso si no cstuvieran in­ cluidos los costos de oportunidad, habria un costo asociado con el consumo retardado. Cuando todas las demas cosas son igua­ usualmente las personas prefieren tener los bienes y servi· cios ahora, en lugar de mas adelante y una tasa de descuento refleja este hecho. Si por ejemplo, se incurre en un costo dentro de diez afios, la tasa de descuento debe aplicarse diez veces para traducir dicho costo en una cifra que sea comparable con los costos ac­ tuales. Esta cifra es conocida como el valor presente de un costo o beneficio futuro. Esta se ca1cula como Ia tasa de descuento elevada a una potencia igual al numero de afios en el futuro, cuando ocurrira el costo 0 el beneficio, luego se multiplica por el valor de dicho costo 0 beneficio. Se puede suponer una tasa de descuento razonable con el fin de haecr un amilisis 0 puede calcularse como la tasa de des­ cuento requerida solamente para hacer un balance de los bene­ ficios y los costos. Si se hace esto ultimo, la tasa de descuento derivada se conoce como la tasa interna de retorno. Esta puede usarse para comparar las alternativas en la misma forma en que puede utilizarse una relacion costo·beneficio. Las dos objeciones principales para descontar los benefi­ cios de seguridad futuros son (1) la posibilidad de efectos muy grandes, inc1uso tal vez irreversibles, en un punto remoto en el futuro y (2) los efectos acumulativos de las tendencias a corto plazo inducidas por Ia aplicacion rigurosa de las evaluaciones descontadas. La primera objecion, es que no existe gran preo­ cupacion por los problemas de de incendio, ya que el fuego no produce efectos irreversibles en Ia escala contemplada por este argumento, A 10 sumo, varios pueblos pequefios podrian desaparecer por un incendio forestal (ignorando, por el mo­ mento, la posibilidad de "tormentas de fuego"durante una gue­ rra). No obstante, como un asunto tecnico, vale la pena considerar la posibilidad que lastasas de descuento subvaloran el valor real que la gente Ie asigna a los eventos que estan mas aHa de la siguiente decada 0 mas. Por ejernplo, la mayoria de las personas considerarian que los beneficios obtenidos en ciento

AnaJisis del riesgo de incendio

2--37

cinco afios son iguales a los beneficios obtenidos en cien afios; perc bajo el descuento constante, digamos del 10%, el primero serfa solamente un 59010 del segundo. 19 En cuanto a los problemas acumulativos con tendencia al corto plazo, esto ha sido discutido mas dentro del contexto de Ia investigacion. desarrollo e innovacion de los negocios en gene­ ral, que en 10 que respecta a las innovaciones de seguridad en particular. En los negocios, se espera que las inversiones nive­ len los costos y beneficios dentro de un periodo de tres a siete ailos, pero muchos analisis creen que clichos requisitos son de­ masiado exigentes y tienden, despues de un tiernpo, a reprirnir los verdaderos adelantos dramaticos. EI resultado, en el negocio, puede ieria perctldil eventUal'de un margen comietitJ:vo'ante un competidor que desee tener una vision mas amplia. Un articulo pertinente20 , fue particulanuente poderoso sobre este punto, ar­ gumentando que el modelo del costo de oportunidad implicado que fundamenta un requisito para devolver el dinero a corto plazo, asume una inversion alternativa de referencia estandar que, al contrario de las suposicionesdel modelo, no es por sf misrna inmune a los efectos acumulativos de una corriente de elecciones que son-manejadas por consideraciones a corto plazo. La falacia, esta entonces, en asumir que siempre hay una inver­ sion alternativa que devuelve el dinero en tres asiete afios; las decisiones conducidas a corto plazo, pueden tener el efecto acu­ mulativo de desgastar todas estas altemativas. Elenfoque tecnico para abordar esta preocupacion, consiste en cornprobar la sensibilidad de cualquierconclusi6n que sirva para obtener una tasa de descuento mas baja. Cualquier innova­ cion que afio por ano, despues del periodo de costo inicial, pro­ duzca mas beneficios que costos, puede hacerse parecer atractiva por medio de la selecci6n de una tasa de descuento 10 suficientemente baja. Sin embargo, es peligroso, utilizar una tasa de descuento dernasiado baja, ya que esto dara un panorama eu­ gafioso de 10 que la deseara pagar. Otros enfoques, tales como utilizar una tasa de descuento mas alta para los costos que para los beneficios, pueden produ­ cir resultados perversos. Por ejemplo, un enfoque como este puede que un programa de seguridad atractivo, pu­ diera parecer mas atractivo si se retrasara su implementaci6n. De esta forma, se puede hacer que un programa parezca atrac­ tivo, pero es posible que nunca sea implementado debido a que las demoras posteriores siempre haran que este parezca mas atractivo aun. 21

BIBLIOGRAFiA Referencias Citadas 1. Beck, v., et aI., Fire Safety and Engineering Project Report, The Warren Center for Advanced Engineering, University of Sydney, Australia, 1989. 2. R., "Performance-Based Fire Fncr;l1t>f>rin

Application in Australia," Invited Lecture,

Proceedings of the 5th International

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3. Beck, V. R., and Yung, D., "The Development of a Cost-Effective in Build­ Risk-Assessment Model for the Evaluation ofFire " in Fire Safety Science--Proceedings ofthe 4th International Symposium, IAFSS, Boston, MA, 1994, pp. 817-828.

2-38

SECCION 2 •

Informacion y analisis para Proteceion contra Incendios

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8. Magnussen, S. E., "'Risk Assessment," Invited Lecture, in Fire Safety Science-Proceedings ofthe 5th International Symposilim, Bethesda, MD, 1997, IAFSS,pp.41-58. 9. Aposroiakis, G., "Fire Risk Assessment and Management in Nu­ clear Power Plants," Fire Science .and Technology, Vol. 13, Sup­ plement, 1993, pp. 12-39. 10. Siu, N., and Apostolakis, G. (1988). "Uncertain Data and Expert Opinions in the Assessment ofthe Unavailability ofFire Suppres­ sion Systems," Fire Technology, VoL 24, 1998, pp. 138-162. 11. Hall, J. R., Jr., and Stiefel, S. W, Decision Analysis Model/or Pas­ senger-Aircraft Fire Safety with Application to Fire-Blocking of Seats, NBSIR 84-2817, National Bureau of Standards, Washing­ ton, DC, March 1984. 12. Graham, J. K., and Vaupel, J. W, "Value of a Life: WhatDiffer­ ence Does It Make?," Risk Analysis, Mar. 1981, pp. 89-95. 13. Gillette, C. P., and Hopkins, T. D., Federal Agency Valuations of Human Life, Report to the Administrative Conference of the United States, unpublished, Apr. 1988. 14. Starr, c., and Whipple, C., "Risks of Risk Decisions," Science, June 6, 1980, pp. 1114ff.

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Edward K.Budnick David D. Evans Harold E. Nelson

omo parte del amilisis de proteccion coni:@ ingendios, con frecuencia es deseable estimar las caracteristicas de com­ bustion de combustibles seleccionados y sus efectos en espacios cerrados. Tambien para muchos amilisis, es importante estimarcmindo se activaran para condiciones especificas del fuego, los dispositivos de proteccion contra incendios, tales como detectoresde calor 0 rociadores automaticos. Hay disponibles ecuaciones, que se basan principalmente en correlaciones expe­ rimentaies, las cuales Ie permiten al usuario estimar estos efectos. En este capitulo, se presenta una breve introduccion sobre los efectos delfuego en espacios cerrados, junto con ecuaciones que pueden ser evaluadas usando calculadoras manuales para proporcionar estimaciones de los efectos particulares. General­ mente, las eCliacion:es presentadas estiin bien documentadas y se utilizan ampliainente para dichas estimaciones. Sin embargo, se Ie advierte a1 usuario que la mayor parte de las ecuaciones fue­ ron desarrolladaS con base en datos obtenidos en experimentos que fueron realizados para condiciones muy especificas y algu­ nas veces idealizadas. Por 10 tanto, cuando se aplican estas ecua­ ciones a las condiciones complejasque ocurren en incendios dentro de espacios cerrados que son de interes general, debe pro­ cederse can criterio. Las ecuaciones en este capitulo, pretenden ser utilizadas principalmente para evaluar las condiciones de incendio en es­ pacios cerrados, durante el periodo de crecimiento del fuego an­ terior a la combustionsuhitageneralizada. La mayoria de ·los metodos presentados, no son aplicables a incendios que afectan la totalidad de un cuarto, tales comolascondicionesposteriores a la combustion siibita generalizada. Ademas, estos calculos abreviados se aplican solamente alcuarto donde se origina el in­ cendio y a un iinico conjunto de combustible quemado, como una agrupacion continua de combustibles, tales como una silla y una otomana tapizadas 0 una estanteria llena de libros. Existen dis­ ponibles metodos mas complicados para el analisis de multiples cuartos, pero estos estiin mas alla del a1cance de este capitulo. Para algunos de los efectos, se presenta mas de una ecua­ cion. En estos casos, se puede preferir una ecuacion a otra, ba­ sandose en las bases experimentales para la ecuaci6n, que mejor correspondan con e1 caso especifico que es de interes.

C

Las propiedades material, tales como ~l calor de com­ bustion (Ahc),estiin listadas en estemanual ene1Apendice A, en las Tablas y Cuadros. Para obtener informacion adicional sobre las propiedades del material 0 sobre los temas presentados en este capitulo, consulte la Seccion 3 del SFPE Handbook ofFire Protection Engineering. 1 Todos los calculos en este capitulo, estiin presentados en unidades S1. Para las unidades usuales en los E.U.A. ("u.s. cus­ tommy units '), consulte la Tabla 2.4.1. es la temperatura en grados Kelvin, enton­ Tambien,si ces la misma temperatura engrados Celsius 0 Centigrados (Toe), estii dada por Toe = TK+ 273,15. La misma temperatura en gra­ dos FahrenheIt (ToF), esta dada por TOF = 1,8 = +32.

CAPACIDAD DE LOSSOUDOS

PARA SER ENCENDIDOS

La ignicion es un fen6meno complejo, que depende de las pro­ piedades fisicas y quimicas de los materiales, del ambiente en el cual existe el material y laCs) fuente(s) de calor que exponen al material. En la Referencia 2, puede encontrarse una descripcion cuantitativa de los procesos fisicos y quimicos asociados con la ignicion de los solidos calentados. Las soluciones con forma ce­ rrada para la ignicion de s6lidos, son desarrolladas por Kanurf! para aplicaciones especfficas. Nelsbny Forssen 3 , desarrollanuncmfoque parapredecir la ignicionde solidos, la cual depende de las propiedades de los materiales y de los datos proVehientes de uncalorfmetro conico o de unensayo similar sobre la tasa de liberaci6n de calor. El tiempo de iguici6n (t;gn) para uD. material eXpuesto a unflujo de calorcqnst;.:mte, corne en el calorimetro,coniqo, se estima utili­ zando correfaclones emp{ric~ y datos de etisayo dlsponibles. Para los materiales "termicamente densos", esto es, mate­ riales que tienen el espeoor suficiente de modo que el tiempo para la ignicion es menor al tiempo de penetracion termica a tra­ ves del solido, se utiliza un ajuste de "ensayo y error" para estiTABLA 2.4.1

Factores de conversi6n

Edward K. Budnick, P.E., es ingeniero senior y vicepresidente en Hughes Associates, Inc., en Baltimore, Maryland.

Para convertir unidades SI

A unidades usua­

les en los E.U.A

David D. Evans, P.E., Ph.D., es uningenierode mvestigacion en el Building and Fire Research Laboratory, National Institute o/Standard and Technology, U.S. Department o/Commerce, Gaithersburg, Maryland.

Kilogramos Kilojulios Kilovatios Metros

Libras (avdp.) Btu Btu/hora Pies

Harold E. Nelson, P.E., es un ingeniero senior de investigaci6n en Hughes Associates, Inc., en Baltimore, Maryland.

2-39

Multiplicar

2,2046226 0,948608 3414,99 3,2808399

2-40

SECCION 2 •

Ana/isis para proteccion contra incendios

IUal" el tiempo de ignici6n.)J:genfoque como este, esta fuera del "8.1oanceoeestecapftulo;'porlotantO,ellector debe consuItar las Referencias 2 y 3, para obtener una discusion de:tallada..de este enfoque. Un problema un tanto menos complicado, incluye las esti­ maciones deltiempo de ignici6n para los materiales "termica­ mente delgados". Estos son solidos que son tan delgados 0 tan altamenteconductivos que los gradientes de temperatura, son esencialmente inexistentes dentro de la placa del material y la temperatura del material depende solamente del tiempo de ex­ posicion a la fuente de calentamiento. Bajo tales condiciones el calentamientopuede ser tratado como.unproceso de calenta­ . .mento en masa,utilizandolasiguiente expresi6n: 2 ' . liempo (3) (1)

Si se asume que las perdidas convectivas son iguales a cem (por ej., h 0), entonces la E-cuaci6n 1 puede simplificarse au.n mas a PsCsV(Ts - Tso) = 1

(2)

lost ign

donde Cs = calor especffico del s6lido [(kJlkg)K] i == . area desuperficie Cm2) Ts temperatura del solido (1<) = temperatura inicial del s6lido (K) T",= temperatura .ambiente (K) V = volumen (m3) h coeficiente de transferencia de calor (kW/m2K) io = irradiaci6n de exposici6n absorbida (W/m2) t ign tiempo de ignici6n (s) Ps densidad del s6lido (kg/m3)

Se recomienda precauci6n al utiJizar las f6rmuhls proporciona­ das aquipara estimar los tiempos.de ignici6n. Como se estable­ cio anteriormente, la ignici6n es un fen6meno complejo y las limitaciones asociadas con ,el uso de estas expresiones son im­ portantes.Se anima all~ct9r para que revise las dis.cusiones mas detallada~ en las Referencias 2 y 3. .

FIGURA 2.4.1 Tasas .de combustion estables e inestab/es

depende no solo del combustible que se querna, sino tambien del ambiente del incendio,de la manera en la .cual se volatiliza el combustible, de la eficienciade la combustion del vapor y de otros efectos fisicos y quimicos. Por 10 tanto, para el futuro in­ mediato hay que depender de los datos disponibles de ensayos de lab oratorio para los combustibles especificos 0 similares. Ademas, para muchas situaciones puede requerirse conocer la historia completa de la tasa de liberaci6n de energia. Esto es par­ ticularmente deseable donde el paquete de combustible exhibe una combusti6n inestaple (Figura 2.4.1). Para aqueLlos casos donde solamente se requieren condiciones limitantes 0 el anaJi­ sis del peor caso, puede ser razonable asumir que el combusti­ ble se esta quemando a una velocidad constante, 10 cual simplifica .considerablemente e1 calculo. Para las ecuaciones presentadas aqui, generalmente se asume la condici6n mas simplificada de la tasa de liberaci6n de ener­ gia constante. Sin embargo, hay tecnicas disponibles que repre­ sentan un incendio en crecimiento por medio de una serie de incendios con tasa de liberaci6n de energia constante. Este en­ foque puede requerir una gran cantidad de tiempo para hacer los crucuIos, dependiendo de .la exactitud deseada. Generalmente, dicuo .amilisis .se adapta mas ala. si:rnulaci6:n por cpmputlldora. Para la combusti6n completa de un combustible, la tasa de liberaci6n de energia y la perdida de gasto masico, .estan rela­ .. . .cionadas por la ecuacion'

'm

TASA DE LlBERACION DE ENERGIA

'(3)

donde Los procedimientos de caleulo para los efectos del fuego en es­ pacios cerrados, requieren conocer la tasa de liberacion de ener­ gia del combustible que se esta quemando. El termino tasa de liberacion de energia, se utiliza intercambiandolo frecuente­ mente por tasa de liberaci6n de calor y usualmente se expresa en unidades de kilovatios (kW) y con el simbolo Q . Actualmente, no existe un metodo ampliamente aceptado para predecir las tasas de liberaci6n de energia, que se base solamente en las medicionesbasicas de las propiedades de los materiales. Los esfuerzos recientes en esta area son promisorios. 2 Sin em­ bargo,se espera que los metodos generalizados no estaran dis­ ponibles por alg(ln tiempo. Ademas, en cualquier incendio dentro de un especio cerrado, la tasa real de liberaci6n de calor

Q' tasa de liberaci6n ~e energia (kJ/s 0 kW) !:J.h c == calor de combusti6n (kJlkg) ill" == perdida de gasto masico (kg/s) (El calor de combusti6n, es una propiedad del material y esta ta­ bulada para materiales seleccionados en el Apendice A, en las Tablas y Cuadros. Por 10 general, la perdida de gas to masico se encuentra experimentaimente.) Deberia reconocerse que la mayorla de los incendios en es­ pacios cerrados que son de interes, no exhiben tasas de libera­ ci6n de energia constantes. Por el contrario, como se ilustra en la Figura 2.4.2 para elementos seleccionados del mobiliario, la

I I

I

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- - - - _.._ - - - - - - - .__ __ ...•

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CAPITULO 4 •

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3000

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I

200

400

600

800

1000

Tiempo (s)

FIGURA 2.4.2 Tasas de liberaci6n de calor de combusti6n libre para muebles seleccionados

perdida de gasto masico y por 10 tanto la tasa de liberacion de energia, varia con el tiempo. Dependiendo del detalle requerido, se puede escoger una perdida de gasto masico con stante, como un valor pico 0 un valor promediocomo la base para el analisis. Los datos sobre las perdidas de gasto masico para los paquetes de combustible seleccionados, estan disponibles en varias pu­ blicaciones. 1,4-7 La mayoria de la informacion disponible sobre las tasas de combustion del paquete de combustible, se refiere a las condi­ ciones de "combustion libre", esto significa, que se reu.nen datos para elementos que se queman al aire libre y no en un espacio ce­ rrado. Aunque los efectos de los espacios cerrados tienen poca importancia al evaluar el crecimiento inicial del fuego, estos son importantes en incendios que se desarrollan totalmente dentro de un cuarto. Los efectos de mayor importancia, son aquellos rela­ cionados con la retroalimentacionde laradiaeionpara el com­ bustible provyniente del hurno caliente y de los'revestimientos del espacio cerrado y aquellos relacionados con la habilidad del fuego para ,obtener Buficiente, aire para la combustion.,Cuando las condiciones del fuego, alcanzan una etapa donde el hurno y los revestimientos calientes del cuarto se acercan a los 500°C (932°F), la retroalimentacion radiante aumenta normalmente la velocidad de combustion por encima de aquella que se observa en una situacion de combustion libre. La diferencia entre la tasa de combustion libre y la tasa de combustion incrementada por la radiacion, aumenta a medida que se incrementa la temperatura del cuarto y el impacto radiante resultante sobre el aumentd en el paquete de combustible. Una vez se a1canzan las condiciones de combustion subita generalizada, no son inusuales las tasas supe­ riores al doble de la tasa de combustion libre. El segJmdo efecto del espacio cerrado, es la disponibilidad de oxfgeno para la combustion. Si el aire del espacio, mas el aire que entra a traves de las aberturas, ademas del que viene por los sistemas de aire acondicionado y calefaccion 0 por otros me­ dios, es insuficiente para quemar todos los productos combUBti­ bles que salen del paquete combustible, solamente se quemara aqueUa cantidad sostenible por el oxigeno que esta disponible en el aire dentro del cuarto u otro espacio involucrado. Esta situa­

2-41

cion se conoce como combustion limitada por la ventilacion. Cuando ocurre la combustion limitada porventilacion, con fie­ cuencia, los productos combustibles provenientes del paquete combustible y que no se quem an en el cuarto, arden cuando se combinan con el aire que esta fuera del cuarto y aparecen como extensiones de las llamas que salen de la habitacion. La siguiente ecuaci6n para la pirolisis estequiometrica de combustible, puede ser utilizada para estimar la perdida de gasto masico, en la cual estos efectos empiezan a dominar:

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'i... ~

[ ' 1

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I

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1000

"0

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I

f,

/' I:

(J)

~

F31 (sofa de dos puestos)

I''

~ 2000

F32 (sofa)

'::v I: \

Calculos simplificados del crecimiento del fuego

r.­

'O,SAu-yhu

(4)

donde st= perdida de gasto masico estequiometrica rs = relaci6n estequiomHrica masa de aire!combustible Av = abertura del area de ventilacion (m2) hv altura de la abertura de ventilacion (m)

m

Para combustibles de madera, rs = 5,7. A partir de la Ecuacion 4, puede determinarseun estimado de la maxima tasa de combustion posible para un espacio ce­ rrado con una abertura particular. Si la perdida de gasto masico para un paquete de combustible particular, es inferior a este valor, la condicion se conoce como controlada por el combusti­ ble y los resultados de la Ecuacion 3 proporcionan Jma estima­ cion razonable de la tasa de liberacion de energia. Si la tasa de perdida de combustion libre, es superior a la tasa estequiome­ trica de la Ecuacion 4, entonces para la combustion dentro del cuarto, debe utilizarse la tasa determinada para las condiciones estequiometrlcas. Hay disponible un tratamiento mas riguroso de las tasas de liberacion de energia, para tipos seleccionados de materiales, como cribas de madera, planchas de madera y de plastico e in­ cendios de charco liquidos, donde se han establecido las corre­ laciones experimentales. La Seccion 3, Capitulo I del SFPE Handbook ofFire Protection Engineerini, presenta una discu­ sion detallada sobre la prediccion de las tasas de combustion para los incendios de charco liquidos. Las discusiones detalladas sobre lastasasde liberaci6n de energia para combustiblesespe­ cificos estan disponibles en otras fuentes. 8,9

ALTURAS DE LA LLAMA Llamas Asimetricas Las estimaciones sobre l~altura de la llama L, pueden serim­ portantes para determinar los riesgos de exposicion asociados con un combustible que arde (Figura 2.4.3). Las alturas "me­ dias"de la llama que se han determinado experimentalmente, han sido correlacionadas por varios investigadores. Una corre­ lacion simple para las alturas de las llamas para los combustibles que se queman en charco 0 de manera horizontal, ha sido desa­ rrollada por Heskestad: 10

£D = -1'02 + 15 ,6N 11'5 donde L

altura media de la llama (m)

(5)

2-42

SECCION 2 •

Ancilisis para proteccion contra incendios

I

D diametro de la fuente del incendio (m) N = pariiruetro no dimensional

U ~","Iffi' '" ,,",,ho d'

'o,go

, I. L (altura media de la llama)

donde CIJ = calor especifico del aire a presion constante [(kJllcg)K] Too = temperatura ambiente (K) g aceleracion de la gravedad (9,81 m/s 2) Pro densidad del aire ambiental (kg/m3) Ahc = calor de combustion(:k1llcg) rs = relacion estequiometrica masa de aire/combustible Q' = tasa total de liberaci6n de calor (kJ/s) 0 (kW) Para paquetes de combustibles no circulares, puede estimarse un D efectivo por (7)

1 ------------1---­ ZQ

J__

i

Origen virtual

FIGURA 2.4.3 Caracteristicas de la llama y del penacho de fuego

trapado a 10 largo de los doslados longitudinales (por ej., in­ cendios en lfnea). ~2 En estas ecuaciones, la altura de la llama esta basada en la tasa de liberaci6n de calor por metro de longi­ tud de la fuente de incendio.

Altura de la llama del incendio de pared L O,034Q'2!3

donde

(9)

Altura de la llama del incendio en linea D diametro efectivo (m) area del incendio (m2)

L =0,017Q'213

Para un amplio rango de condiciones experimentales, !:ih) rs' es casi constante, el cual representa el calor liberado por uni­ dad de rnasa de aire que ingresa a la reaccion de combustion.

Asumiendo que Ah) rs == 3100 kJ/kg y que las condiciones at­ 293 K y P = 760 mm Hg), laEcuacion 5

. mosf6ricas son puede simplificarse a L = -1 ,02D + 0,23 (f!5 (8)

(10)

donde

Q' = longitud de la liberaci6n de calor por longitud en metros desde la fuente de incendio

TEMPERATURA Y VELOCIDAD DE LA

LINEA CENTRAL DEL PENACHO

Como las llamas son inestables, generalmente seasume que EI- exceso· de temperatura y de velocidad, en la linea central del la altura media de la llama L, equivale a la altura por encima de penacho a elevaciones porencima de la altura media de la llama, la fuente del incendio donde se observa que la punta de la llama puede estimarse a partir de las siguientes ecuaciones 13 (Figura 2.4.3): . esta en 0 sobre este punto el cincuenta por ciemo de las veces. La correlacion anterior se considera adectlada para incendios de charco 0 para la combustion de superficies horizontales. Ade­ mas, la correlacion producira val ores neganvospara L,niljo 9.1 Z,r'" (11) quefias tasas de lib era cion de calor. Los datos experimentales disponibles, indican que la regi6n de aplicacion mas confiable es donde Q2!51D, es superior a 16,5. Para obtener informacion mas detallada sobre los caIculos para alturas de la llama, el lector debe consultar a Beylerll y el SFPE Handbook ofFire Protec­ donde tion Engineering. 1

AT, ~ (g~'P~) "' Q~'(Z

Incendios de Paredes y en Linea Tambi6n se han desarrollado ecuaciones para incendios alarga­ dos que estan (1) contra una pared, de modo que el aire es en­ trapado solamente desde un costado (por ej., incendios de pared) o (2) el tiempo suficiente al aire libre, de modo que el aire es en­

- - - - - - -.....

-~---

.....

- - - - -..... - - -

--­

ATo =exceso de temperatura media de la linea central

(Tg - T",,)(K) Tg :;: temperatura del gas (K)

Too = temperatura ambiente (K)

g aceleracion de la gravedad (9,81 m/s2)

Cp calor especffico del aire a presi6n constante

CAPiTULO 4 •

Calculos simplificados del crecimiento del fuego

Hemisferio

Poc = densidad del aire ambiental (kg/m3) Q' c tasa de liberacioride calor convectivo (kJ/s 0 kW) Z e1evacion por encima de la fuente de incendio del combustible que se quema ubicacion de la fuente virtual del incendio (m) Uo = velocidad media de la linea central (m1s) Las ecuaciones 11 y se basan en datosexperimentales y se conocen como correlaciones de penacho fuerte, las cuales acomodan las grandes deficiencias de densidad presenteS en los penachos de fuego. Estas ecuaciones no se aplican a los pena­ chos de fucego con pequefias elevaciones de temperatura, tales como 8.TjT", 1. Para condiciones atmosf6ricas normales, por ejemplo,

T=293 K 9,81 m1s2 c= 1,00 [(kJ/kg)/K] p= 1,2kg/m3

g

Las ecuaciones 11 y 12 pueden simplificarse a

8.1',) U(J =

AQ;/3 (Z

(13)

i3

(14)

BQl· (Z

donde

2-43

/

Elemento combustible del objetivo con orientacion normal hacia Ro

I

FIGURA 2.4.4 Transferencia del calor radiante a un objetivo aumenta la distancia por encima del fuego, disminuye el im­ pacto de la discrepancia que resulta al descuidar el origen vir­ tuaL Una practica comun,es la de ignorar las consideraciones de la fuente virtual para los cruculos donde la distancia por encima del fuego, es muchas veces igual al diametro del fuego, Sin em­ bargo, para las elevaciones de la linea central cerca del fuego, es necesaria una estimacion mas exacta de la posicion de la fuente virtual. La siguiente expresion, que esta limitada a los incendios de charco y a la combustion horizontal, proporciona una esti­ maci6n de la ubicaci6n de la fuente virtual: 10 Zo =

1,02D + O,083(f15

(15)

donde

A = 25,0 Km513kW-213 1,03 m413s-1kW-1I3

B

ubicaci6n de la fuente virtual del incendio (m) diametro de la superficie del combustible en combustion (m) Q = tasa de liberacion de calor total (kJfs) 0 (kW)

D

Mientras existan metodos para calcular el exceso de tem­ peratura y de velocidades, en ubicaciones que no sean a 10 largo de la linea central del penacho, se tiene mayor confianza en las estimaciones de la linea centraL El lector debe consultar a Di­ Nenno, lBeyler, lIy a Heskestad13 para obtener una discusi6n de­ tallada sobre las estimaciones de temperatura y velocidad, que no pertenecen a la linea centraL EI uso del exceso de temperatura y velocidad en la linea ceritnil, para. eviiltiiir las coiidiciones de exposici6ri es conserva­ dor, ya que los val ores de la linea central son los valores rruis alios en cualquier elevacion. Las estimaciones sonsensibles a , los los. valoIes para la tasa'. de . liberaci6n de calor. convectiva, .'. ~ cuales puedeh variar del sesenta al ochehta por ciento de la tasa de liberaci6n de calor total, dependierido del tipo y Ia disposi­ don del combustible que se esta quemando.

La fuente virtual puede estar en, por encima base del combustible en combusti6n.

0

debajo de la

FLUJO DE CALOR RADIANTE HACIA UNOBJETIVO Para muchos incendios, es importante estimar la radiacion trans­ mitidas desde un arreglo hacia un objetivo localizado a cierta distancia del fuego

-

CALCULO DEL ORIGEN VIRTUAL (Zo) HIPOTETICO Con el fin de estimar la temperatura y la velocidad media de la linea central delpenacho, se debe deter:mi.nar primero el origen virtuaL EI otigen virtual, es la ubicacion 0 la elevaci6n hipote­ tica asociada con una sustituci6n de un ineendio con fuente pun­ tual, para el incendio real en cuesti6n (Figura 2.4.3). La consideraci6n del origen virtual, es muy importante para evaluar las condiciones de la linea central cerca del fuego. A medida que

Metodo Lawson y Quintiere Lawson y Quintiere9 , destrrollaron un modelo hemisferico sim­ ple, que se basa en las correlaciones de los datosexperimenta­ les disponibles (Figura 2.4.4). La siguiente expresion fue desarroUada, teniendo como base estas correlaciones, para esti­ mar el flujo de calor radiante desde un incendio hasta un obje­ tivo en posicion normal, hasta la distancia radial:

p 4nR2o

=

donde q'

"D

=

radiacion que incide sobre el objetivo (kWfm2)

Ro = distancia hasta el combustible objetivo (m)

(16)

2-44

SECCION 2 •

Ana1isis para proteccion contra incendios

Fuente puntyal (P)

Llama

R

Objetivo

I FIGURA 2.4.5 Transferencia de calor desde la fuente puntual hasta un combustible objetivo. (Fuente: Society of Fire Protection Engineers, "Assessing flame radiation external targets tram pool fires," Engineering guide, Junia de 1999.

P

potencia de la radiaci6n total de lallama (kW)

x;.

= fracci6n de la radiaci6n

Q

= tasa de liberaci6n de calor total (kJ/s 0 k\V)

R R

--.£> 4

Correlaci6n de Shokri y Beyler

[L ]-1.59

15,4 D~

(17)

donde

D = diametro del incendio de charco (m) L = distancia desde elcentro del incendio de charco hacia .el objetivo (m) Los incendios de charco no circulares con re1aciones de lon­ gitud a anchura, aproximadamente iguales a 1 (por ej., superfi­ cies cuadradas), pueden serevaluados teniendo como base el uso de un diametro equivalente; DeDe esta determinado por

(18) dondeA el area de superficie del charco no circular. Esta correlaci6n 5e basa principalmente en los combusti­ bles liquidos que tienen diametrosde los charcos que van desde 1 m hasta 50 m y que producen llamas luminosas. Adicional­

......

- - -.....- - ­.......

--~-.~.--

.....

cos e

(19)

donde Q' kW)

e

r

= salida de energia ra.diativa total del incendio (kJ/s 0

angulo entre la normal al objetivo y la linea de vision distancia desde la fuente puntual hasta el objetivo (m)

La ubicaci6n de la fuente puntual equivalente con identica potencia radiativa total, P, esta en el centro del incendio de charco y a la altura media de la llama. La altura de la llama puede estimarse usando Ia Ecuaci6n 8.

Qr = XrQ

Un enfoque altemativo para el metodo de Lawsony Quintiere, es la Correlaci6n de Shokri y Beyler,14 la cual fue desarrollada a partir de los datos sobre incendios de charco a gran escala. Esta corre1aci6n simple puede utilizarse para estimar el flujo de calor hacia una superficie con orientaci6n verlical(por objetivo) al nivel del suelo. Elflujo·del Gator incidental esta dado por

~.-~

EI metod9 deJa fuentepuntual 14, sebasa en. una simple re1aci6n que varia a medida que cambia el cuadrado inverso de la distan­ cia (D) hacia el obJetivo (Figura 2.4.5). Este es uti! para las esti­ maciones de los flujos radiantes incidentales que son inferiores 0 iguales a 5 kW/m2 El flujo radiante incidental esm dado por

R

dondeR (en metros), es el radio de la base del incendio. Con va­ lores de R/R <4, el metodo tiende a predecir en menor grade el flujo de calor incidental.

=

Metodo de laFuente Puntual

." q,,=

Lafracci6n de la radiaci6n X" varia de 0,2 a 0,4, depen­ diendo del tipo de combustible y del diametro del charco. Las mediciones experimentales dependen de la demostra­ cion de que la Ecuacion 16 tiene bastante exactitud para

.if:

mente, los datos usados fueron limitados a los valores de LID que eran superiores al rango de 0,7 a 15. Los usos de esta corre­ laci6n para los valores LID inferiores a 0,7, predeciran en menor grado las estimaciones del flujo del calor radiante. Esta correlaci6nproporciona predicciones realistas de los niveles del flujo calor incidentaL Shokri y Beyler 14, reco­ miendan el uso de un factor de seguridad igual a 2 para las apli­ caciones generales de disefio.

= (0,21

O.OO34D)Q

(20)

Q' r puede estimarse de manera similar a Lawson y Quin­ tiere par Q' puede estimarse utilizal1do la Ecuaci6n (3). El Il1etodo.Qt: la fuemeplllJt.ual, asUlll.f! que el incendio de charco es circular 0 casi circular. La suposicion delfactor de con­ figuraci6n de la fuente puntuaI, es mas apropiado cuando hay grandes dis1ll.llcias desde el incendio; estoes, donde LID es su­ perior a 2,'5. En ublCacionesmas cercanas; este metodo predice en meum grade el flujo de calor incidental Debido a que .este metodo esta limitadoa la predicci6n. los flujos de calo!, inci­ dentales iguales 0 inferiores a- 5 kW/m2 (debido a datos limita­ dos), no es adecuado para usarse en la estimaci6n del potencial para la ignici6n de combustible~. Sin embargo, pueden esperarse estimaciones razonables de flujos de .calor inferiores, asociados con e1 dana del equipamiento electronico 0 de otro equipo ter­ micamente sensible, asicomo con elinicio de combustiones.

ESTIMACIONES DE LA TEMPERATURA

ANTES DE LA COMBUSTION

SUBITA GENERALIZADA

Varios investigadores han desarrollado correlaciones para pre­ decir la elevaci6n de la temperatura antes de que McCafrey y

CAPiTULO 4 •

otros, sugirieran la siguiente expresi6n para incendios natural­ mente ventilados, la eual se basa en un gran nfunero de experi­ mentos en espacios eerradosY

Calculos simplificados del crecimiento del fuego

p == densldad de los materiales en el espacio cerrado (kglm 3)

cp = calor especifico del material en el espacio cerrado [kJlkg)/K] (5 = espesor del material en el espacio cerrado (m) t = tiempo(s) tp = pCp (~)

donde I::..T = elevaci6n de la temperatura del gas superior (K) T= temperatura del gas (K) TOC) = temperatura del aire ambiental (K) Q= tasa de liberaci6ndecalQr total (kJ/s 0 kW) g aceleraci6n'de la gravedad (111/s) Cp = calor especifico del aire a presi6n constante [(kJ/kg)/K] p"" densidaddel aire (kg/m 3) As area total de la superficie en el interior del espacio ce­ rrado, excluyendo e1 area de la abertura de ventilaci6n (m2) Av area de la abertura de ventilaci6n (m2 ) hv altura de la abertura de ventilaci6n (m) hk conductancia efectiva del espacio cerrado [(kW/m)K] Los terminos hJ!ls yA~ ~debensmnarse respectivamente en la Ecuaci6n 21, para los mUltiples materiales estructurales yaber­ turas. Ademas, aunque se reconoce que la temperatura del gas en el espacio cerrado, varia dentro del compartimiento, esta ecua­ ci6n esta basada en la suposici6n de que una temperatura pro­ medio en la capa superior y una temperatura promedio en la capa inferior 0 una temperatura ambiente, se aproximan de ma­ nera razonable a las condiciones de temperatura dentro del es­ pacio cerrado. Al sustituir los valores para las condiciones ambientales de las variables clave en la Ecuaci6n 21,

p""

g

1,0 (kJ/kg)/K, a una atm6sfera 1,18 kg/m3, densidad del aire ambiental 295 K, temperatura del aire ambiental 9,81 constante gravitacional

(22)

Donde

y

donde k

2

tiempo(s) de penetraci6n termica

k ,2

Para un espacio cerrado revestido con "tabla de yeso (gyp­ sum)", 108 valoresde las variables clave son Cp 1,1 (kJ/kg)/K p= 960 kglm3 k= 0,0017 (kW/m)/K o=0,016m

Por 10 tanto, 11k = (0,1Slt)li2 parat:$ tp'

(0,00017/0)

PlIrat

> t1,

donde tp = 400 8 para u~a tabla de yeso con 16 mmCS Is pulg.) de espesor. Para el casodonde haya condiciones de ventilaci6n com­ pletamente forzadas, Foote y otros 16, han desarrollado una co­ rrelaci6n para 1a elevaci6n de 1a temperatura dentro del espacio cerrado. 16

donde tasa de ventilaci6n forzada de la masa en el comparti­ miento(kgls), Para obtener discusiones detalladas sobre los metodos que se refieren a multiples aberturas de ventilaci6n, as! como tam­ bien a la ventilaci6n forzada, ellector debe consultar Di-Nenno, Foote y otros: y a Deal y Beyler. 1,16,17

PREDICCION DE LA COMBUSTION

SUBITA GENERALIZADA

Una expresi6n simplificada puede darse en la forma de

AT

2-45

conductividad termica del materia1 de 1a superficie del espacio cerrado [(kW/m)/KJ

Un punto critico en el crecimiento del fuego dentro de un cuarto, que comunmente seconoce como combustion su­ nmMVIYI,C'ru1n Aunque no existe una definicion universal, generalmente evento esta asociado con una rapida transi­ cion en el comportamiento del fuego, desde una combusti6n 10­ calizada del 00mbustiblf hasta el compromiso de todos los combustibles del espacio cerrado. EI trabajo experimental in­ dica que esta transici6n puede ocurrir cuando las temperaturas de la parte superior del cuarto, estan entre 400 y 600°C (750 Y llOO°F)lS. Utilizando un valor de 500°C (932°F), la Ecuaci6n 15 puede ser resuelta para la tasa de liberaci6n de calor necesa­ ria para alcanzar la combusti6n subita generalizada, en un espa­ cio cerrado ventilado naturalmente. 9 La ecuaci6n resultante es (24)

cerrado de "tabJade yeso (gypsum espesor, klo = 0,011.

donde

Q' fo = tasa de liberacion de calor durante la combustion

2-46 SECCION 2 •

Analisis para protecci6n contra incendios

subita generalizada (kJ/s okW) hk = conductancia en el espacio cerrado [(kW/m2)/K] As = area total del espacio cerrado (m2), excluyendo el area de la abertura de ventilacion hy altura de la abertura de ventilacion (m) Si se asume que un espacio cerrado ha sido calentado com­ pletamente antes de la combustion subita generalizada esto es t la Ecuacion 24 puede simplificarse a' ' ,

.

qrv(min) =

[

r-]1I2

610 (kl'6)A,Al)..jh"

pera que la temperatura pico se encuentre entre las predicciones de los dos enfoques. La expresi6n para las condiciones de ventilaci6n natural es 6000

[

<1- e-O,101J] (1 (TI)

12

(26)

I

donde elevaci6n de la temperatura pico (K) [A)Av{hJ'] \jf = Lfl (AAY~ As = area de superficie total del interior del espacio cerra­ do, excluyendo al area de la abertura de ventilacion (m2) Ay = areidela abertiirade ventiliicion (m'2) hv altura de la abertura de ventilacion (m) carga de fuego total del espacio cerrado (peso equivalente de la madera) (kg) 11

(25)

donde

k

conductividad termica del material del espacio cerrado [(kW/m)K] (! = espesQr del material del espacio cerrado (m)

La expresion para la condicion de ventilaci6n forzada es

ESTIMACIONES DE LA TEMPERATURA

DESPUES DE LA COMBUSTION

SUBITA GENERALIZADA

Un enfoque altemativo para estimar la temperatura pica del espa­ cio cerrado, fue desarrollado originalmente por Thomas 12 y fue ampliado por LaWlO, para incluir tanto la ventilacion natural como la ventilacion forzada. Las correlaciones se basaban inicialmente en los datos de incendios en espacios cerrados, pero estos fueron ampliados par Law2o, a traves de la evaluacion de extensos datos sobre incendios en cuartos, antes de la combustion subita genera­ liz ada. Los resultados indican que las predicciones, predicen de manera razonable, pero no exactamente, las temperaturas infor­ madas en los ensayos de incendios.La ecuacion no hene en cuenta las variaciones en las propiedades termo fisicas de los revesti­ mientos del cuarto. La mayoria de los ensayos usados para justificar la ecuacion involucraban cuartos revestidos con tabla de yeso 0 bloque de con~ creto.Hay quetenercuidado,al aplicar estasecuacionesacuartos revesddcis COI!-ll.l~teri.alesal~eJ1f~.alsiantes,tale~como- fibra de vidrio 0 materiales de espumao a cuartos en los cuales secciones del revestimiento, son de materiales rermicamente de1­ gados tales 'como e1 acero 0 el vidho. Se considera que la ventiIacion forzada ocurre cuando Una cantidad significativade aire, es suministrada poiu~ sistema de ventilacioi1. La ecuacion para ventilacion natural, asume que, .en el momenta en que ocurre latemperatuni. pico, todo el aire para la combustion sera aspirado dentro del cuarto a traves de las aber­ turas de ventiIacion y que estas mismas aberturas daransalida a los gasesproducidos. Esto tiene por resultado que la abertura sea compartida naturalmente por el aire que entra y por los gases que fluyen hacia el exterior, los cuales obedecen las leyes de conser­ vacion de la masa. La ecuacion de ventilaci6n forzada, asume que se suministra una cantidad suficiente de aire para garantizar que el aire sera de combustion libre. Esta debera utiIizarse sola­ mentecuando la tasa de suministro de aire, es suficiente para ga­ rantizar dicha combustion. Donde la ventilacion forzada no es suficiente para garantizar Ia combustion libre, pero es suficiente para generar preocupacion porque no se ha preservado en la ecuacion de ventilaci6n natural la conservacion asumida, se es­

(27)

DURACION EaUIVALENTE

DEL INCENDIO

La duracion equivalente del incendio 0 la severidad del mcen­ dio, en un cuarto 0 espacio que tiene al menos una abertura, es una aproximacion del impactodestructivo potencial de la com­ . busti6n completa de todD elcombustible disponible. La correla­ cion presentada aqui fue desarrollada por Law21 • Los resultados predicen el impacto potencial de un incendio despues de la com­ busti6n subita generalizada, en terrninos de la exposicion equi­ valente en un homo con resistencia al fuego, que ha sido encendido para cumplir la exposici6n equivalente europea de la curva estandar tiempo-temperatura del ASTM E1l9, Standard Test MethodsforFire Tests o/Building Construction and Mate­ rials, (NFPA 251, Metodos Norrrzal~zaclos de los Ensayossobre fa Resistencia al de fa Construccion y Materiales de los Edificios). Law base su correlaciom en datos desarrollados atra­ yeS dew mtemacionardeinves{igaei6iJ.;llevado a cabo bajo los auspicios del Conseil International du Batiment (CIB). Los resultados de este esfuerzo del eIB, son presentados por Thomas y Heselden?2 Todos los ensayos fueron realizados con fuentes combustibles en cribas de madera. Law inform6 que existia cerca de un veinte por ciento de variacion, dependiendo de la porosidad del combustible. En las cribas de madera, la po­ rosidad esta definida por la relpcion del volumen abierto entre los palos de la criba y el volumen total de la criba. Las cribas menos apretadas, experimentaron Ia mayor severidad del Law extendio e1 analisis de la criba para mostrar que los datos provenientes de los ensayos de combustion completa en cuartos de tamano normal, que utilizan un rango de varios tipos de com­ bustibles, pueden correlacionarse por medio de la Ecuacion 28. Esta correlaci6n no es apropiada para cuartos que no tienen aberturas de ventilacion. Aunque no puede establecerse un mi­ nimo preciso, se sugiere que esta ecuaci6n no sea utilizada a menos que el area de la abertura sea como minima superior a aqueUa que se encuentra en una ventana residencial tipica. La ecuacion tambien asume que virtualmente toda 1a energia po­

CAPiTULO 4 •

tencial en el combustible, es liberada dentro del cuarto involu­ crado. Esto tambien es valido para las cribas de madera usadas en los ensayos del CIB. Es posible que esta suposicion no sea validadonde hay areas de gran superficie,como en los cuartos que tiene:l1 revestimientos combustibles 0 en los cuartos que con­ tienen ex1ensos materiales con inercia rermica baja, como plas­ ticos de espuma. En estos casos, la generacion de combustible pirolizad
eli/culos simplificados del crecimiento de/ fuego

de la masa de gas en el penacho de fuego. Esta tasa del flujo de la masa dentro de un penacho que esm por encima de la altura visible de la llama, puede estimarse utilizando una expresion de­ sarrollada por Zukoski?3

donde

ms =tasa de producciondel gas Ileno de hurno (kg/s) Q= tasa de liberacion del calor total (kJ/s 0 kW) p"" densidad del aire (kglm3) Cp

calor especifico del aire a presion constante

[(kJlkg)IKJ

r" = temperatura del aire ambiental 2(K)

g = aceleracion de la gravedad (m/s ) Y = distancia desde la fuentepuntual virtual para el incendio hasta la capa inferior de hurno (m) Asumiendo una temperatura del aire ambiental de 20°C (293 K), la Ecuacion 29 puede reducirse a

donde m$

t= severidad del fuego (s) As = area de superficie de las superficies interiores del espacio cerrado,exc1uyendo el areade ventilacion (mZ) Av = area de la abertura de ventilacion (m 2) Lf masa del combustible de madera (kg)

TASA DE PRODUCCION DEL

GAS LLENO DE HUMO

La tasa de gas lleno de humo, producido por un incendio, es casi igual a la tasa del aire entrap ado dentro del penacho de fuego que se eleva; por 10 tanto, la tasa de produccion de la masa de gas lleno de hurno,puede estimarse.como igual a latasadel flujo

~150 e. .g '0

:;,

e

0.100

o E ::::!

.t::

'"

-0 ttl

gj 50 :;z:

2-47

= 0 065Q' 113y513

(30)

,

Cuando la altura de la llama supera a Y en la Ecuacion 30, la Ecua­ cion 30 tiende a predecir en mayorgrado la producci6n de gas. La Ecuacion 30, no es aplicable a elevaciones en la region de la llama. Sin embargo, McCaffref4 ha investigado las tem­ peraturas del gas y las distribuciones de velocidad dentro de la llama y las regiones intermitentes de la llama para encenderse hasta 250 kW. Bajo estas condiciones, se encontro que la tasa de flujo de mas a de los productos de combusti6n, corresponde a la siguiente expresion:

(31) Las Ecuaciones 30 y 31, se basan en la suposicion de que el incendio puede aproximarse de manera razonable como SI fuera un incendio de charco circular. Los experimentos han mostrado que se obtendran resultados razonables con Incendlos que no son circulares; siempre que el aspecto de la relaci6n entre longitud y anchura, sea relativamente pecjuefia. Las ectiaciones no son ade­ cuadas para las condiciones donde eI entrapamiento es restrin­ gido (por ej., el fuego esm contra la pared) 0 si el incendio es largo y angosto (por ej., un incendio lineal). Un enfoque alternativo para predecir las tasas de produc­ cion de hurno en espaciqs cerrados, ha side desarrollado por Butcher y ParnelJ2s, el eual se basa en el tamafio del perfmetro del incendio y la distaneia vertical hasta la capa de hurno. Este enfoque supone una tasa de liberacion de calor constante. Te­ niendo como base este enfoque, la tasa de produecion de hurno puede expresarse como 112

o

20

40

60

80

. - 0 096P PoY 3/2 ( g T.ri To ) In, - ,

100

Tamam del perimetrode! lncendio (m)

FIGURA 2.4.6 Tasa de producci6n del gas /leno de humo para incendios estables a varias distancias (m) desde e/ origen virtual hasta la parte inferior de la capa de humo

donde

ms

tasa de producci6n de humo (kg/s)

(32:'

2-48

SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

P = perimetro del incendio (m) y = distancia desde d piso hasta la parte inferior de la capa dehumo(m) To = temperatura ambiente (K) Tft = temperatura de la llama (K) Po = densidad del aire ambiental (kg/m3) g = aceleracion gravitacional (9,81 mls2)

Como la expresion supone una tasa de combustion cons­ tante 0 estable, su aplicacion tiene limitaciones. Sin embargo, esta proporcionani una estimacion razonable de la tasa de gene­ racion de hurno para muchas configuraciones del espacio ce­ rrado coninteres pnictico. Esta expresion puede simplificarse aun mas, basandose en las asignaciones de val ores paraparametros seleccionados. Esto es, para

m= Po

O,188Pl12

(33)

El limite inferior para la velocidad de descenso, se obtiene al utilizadaEcuacion 28 yladensidad del ambiente p~. Los incendios en espacios cerrados en los cuales la capa su­ perior es ventilada, pueden estabilizarse en una capa de humo de profundidadconstante. La ventilacion puede ocurrir natural­ mente a traves de aberturas, como puertas y ventanas 0 esta puede ser forzada por medio de sistemas mecitnicos para el con­ trolde hurna. Para el caso de una tasa conocida del flujo de ventilacion, la altura de la parte inferior de la capade hurno se estabiliza por encima del fuego, en laposicion donde la entrada de la masa de hurno desdeel penacho de fuego,es igual al flujo que sale por laabertura de yentilifci6ti: Est6escalculado utUitando una tasa conocida del flujo de la rnasa ventilada, sv y resolviendo la Ecua­ cion 30 para la posicion Yv como .

Yu = 1, 9Q· -115m,ro • 315

(35)

Esto rnuestra que la altura a la cual puede estabilizarse una capa de hurno por medio de la ventilacion, depende en su rna­ yoria en la capacidad de ventilacion y que es relativamente in­ sensible a los cambios en la tasa de liberacion de calor del incendio.

1,22 kg/m3 a 17°C To=290 K Tft = 1100 K g=9,81m/s 2 =

La Ecuacion 32 se reduce a La Figura 2.4.6, indica los resultados graticos que se basan enlos calculos de la tasa de produccion de masa del gas lleno de hurno en la Ecuacion 32 para valores seleccionados de P y y.25 La tasa de masa de la produccion de gas lleno de hurno, puede ser cambiada a una tasa de volumen al dividir por la densidad del aire la temperatura apropiada del gas.

LLENADO DE HUMO DEL

ESPACIO .CERRADO

Elhumo de un incendio comienza a llenar un espacio cerrado a medida que este se acumula debajo 4elcielo filSO. La ~asa delle­ nado del hurno depende de la cantidad de humo producida y del tamaiio y ubicacion de las aberturas de ventilacion. La tasa de la masa del flujo de humo a cualquier distancia por encima de un incendio con tasade liberac{on de calor conocida, puedecalcu­ larse.utilizando la Ecuacion 29. La tasa a la cualdesciende una capa llena de hurno hacia el pjso, depende del area del plano en el espacio cerrado, de la distancia del borde inferior· de la capa de hurno que esta sobre el fuego y de la temperatura de la capa. Para unespacio cerrado ventilado en la capa inferior, la capa superior desciende con una velocidad que esta determinada por

CABEZA DEL GAS BOYANTE Durante un incendio, se desarrolla un diferencial de presion entre las areas que son calentadas por el fuego y otros espacios. Esencialmente, las expresiones para eldiferencial de presion, se derivan de la ecuaCion hidiostaticabasica. Las ecuaciones en esta seccion surgieron de la redistribucionde los terminos y de la simplificacion basada en valores supuestos para las variables seleccionadas. Estas expresiones son utilespara evaluar uri rango de los efectos del cerramiento, debidos a los diferenciales de presion. Los ejemplos incluyen el potencial para que el flujo de humo sup ere el flujo normal de aire; la presion que se acu­ mula sobre la puerta debido al fuego y la presion de levanta­ mientosobrerast~jasdelcleloi:aso. ...... --.. .­ La presion calculada por estas ecuaciones resulta de la di­ ferencia entre la densidad de una colurnna de gas calentado pro­ veniente "del fuego y la densidad del ambiente circundante. Timbien puede producirse Una fluctuacion de presion por la ex­ pansion de los gases calentados, en aquellas situaciones donde la tasa de desarrollo del fuego es rapida y el espacio no tiene la ventilacion suficiente para aliviar el incremento resultante en el I

(34)

donde Ut = tasa de descenso de la capa (mls) ms = gasto masico de produccion de humo (kg/s)

PI = densidad de la capa de humo (kg/m 3) Ap = area del piso del espacio cerrado (m2)

FIGURA 2.4.7 Parametros h y r, relacionados can el calculo del tiempo de activacion del rociador 0 del detector de calor

CAPiTULO 4 •

volumen de gas. Sin embargo, las ecuaciones que se dan a con­ tinuacion, se refieren solamente a la diferencia de presion oca­ sionada pOI la columna de gas calentado. Las ecuaciones son universales para cualquier columna de gas calentado y pueden aplicarse a las cabezas de gas boyante, ocasionadas por los efectos de chimenea del edificio 0 por otros efectos diferenciales de la temperatura, que incluyen pero que no se limitan a, aquellos ocasionados por el fuego. Las ecuaciones, como estin presentadas, suponen que toda la columna de gas ca­ lentado esta a la misma temperatura. Esto es una aproximacion razonable en muchos incendios, pero no es ex,acto y seria ina­ propiado para un incendio donde la condicion consiste en un pe­ nacho que entrapa libremente el aire que se enfria a 10 largo de una extensa seccion de su longitud 0 para cualquier otra condi­ cion donde exista un gradiente de temperatura significativo en la columna de gas calentado que est! siendo valorada. La ecuaci6n general puede expresarse como AP = (Po - p)gh

(36)

Cfllculos simplificados del crecimiento del fuego

2-49

rociadores instal ados en grandes cuartos, debajo de los cielos rasos. 27 ,28 Estos programas pueden determinar el tierripo para que estos entren en funcionamiento, de acuerdo con una historia sobre la tasa de liberaci6n de energia del fuego, especificada por el usuario. Estos tienen un uso conveniente, ya que pueden evi­ tarse los calculos repetitivos y tediosos necesarios para analizar un incendio en crecimiento. Sin embargo, los mismos calculos pueden realizarse faciimente con una calculadora cientifica ma­ nual, para incendios estables con una tasa constante de libera­ ci6n de calor. En los casos donde se requiere un analisis mas detallado de un incendio con cambios importantes en la tasa de liberacion de calor a medida que pasa el tiempo, el incendio puede representarse como'una serie de incendios'·estables que ocurren uno tras otro, de manera inmediata. Un ca1culo util relacionado directamente con la deteccion termica, es encontrar la temperatura del penacho en las posicio­ nes que est:in directamente sobre la llama producida por los ma­ teriales en combustion. Esto puede hacerse utilizando la correlaci6n de temperatura en la linea central del penacho 0 la siguiente correlacion simplificada. 29

donde

!:"P = diferencia de presi6n (Pa) Po = densidad del gas (aire) fuera de la colunma de gas calentado (kg/m3) Pc = densidad del gas (humo 0 llama) de la colunma de gas calentado (kg/m3) g = constante gravitacional (m/s 2 ) h = distancia por encima del punto donde la densidad de la columna de gas es igual a la densidad que esta fuera de la columna calentada. [En un incendio, esto es nor­ malrnente la base de la colunma de gas caliente (m).] Si se asume que la atm6sfera exterior y la columna de gas son predominantemente aire a una presi6n atmosferica est:indar, la ecuaci6n puede expresarse como:

. (37) donde AP = diferencia de presi6n (Pa) Tro = temperatura absoluta del aire fuera de la columna de gas calentado (K) Tc = temperatura de la columna de gas calentado (K) h = altura de la secci6n que tiene interes, de la columna de gas caliente (m) Para discusiones adicionales, consulte Klote y Milke. 26

RESPUESTA DEL DETECTOR

TERMICO DE INCEN£)JOS

Los programas para computadora, han sido desarrollados para ca1cular el tiempo de respuesta de los detectores de calor y de los

..

----~~~~~~~~-

(38) donde

h = distancia por encima de la superficie combustible (m) Q= tasa de liberacion de energia del fuego [(kJ/s) 0 (kW)] Tm(penacho) = temperatura del gas del penacho por encima del fuego (K) Tro = temperatura ambiente del cuarto (K) Esta ecuacion fue desarrollada a partir del analisis de expe­ rimentos con incendios a gran escala, con tasas de liberacion de energia entre 670 kWy 100 MW. 29 Por ejemplo, al emplear la Ecuacion 38, la temperatura del gas del penacho [Tm(penacho)]' que esta 5 m por encima de la su­ perficie combustible de un incendio de 500 kW (), resulta ser igual a 93°e (366° K), para una temperatura ambiente del cuarto (Tro) de 20 0 e (293°K). Para el caso de los detectores de temperatura fij a, la tasa mi­ nima de liberaci6n de energia del fuego" que se necesita para operar un dispositivo de detecci6n de temperatura fija 0 de su­ presion, ubicado directamente sobre el fuego, puede estimarse utilizando la Ecuacion 38, que resuelve a donde la [Tm(penacho)lha sido igualada a la temperatura de activacion del dispositivo ter­ mico. De esta forma, la E~uaci6n 38 se convierte en

Q=

2

O,Ol44CZ:;n(peuacllO)- T"f X h

5/2

(39)

Basandose en casos donde los gases calientes han comen­ zado a propagarse'por debajo de un ciel0 raso ubicado por en­ cima del fuego, la Ecuacion 39 tambien es aplicable para una pequefia distancia radial, r, desde el punto de choque (Figura 2.4.7). A traves de esta distancia, hasta rlh = 0,18, donde el gas esta girando para salir por debajo del cielo raso, la temperatura mas alta en el t1ujo, permanece igual al valor en el punto de cho­ que directamente sobre el fuego, el cual se ca1cula empleando la Ecuaci6n 38 .

2-50

SECCION 2 •

Anafisis para protecci6n contra incendios

donde las velocidades varian con la posicion radial. Las dos co­ rrelaciones se expresan como sigue: Um

1.0)/410

0,096

(~)

1/3

pararlh < 0,15

(41)

y (42)

donde 0.2

distancia radial desde la linea' central dd penachohasta el dispositivo (m) Urn velocidad del gas (mJs) =

200

400

t-

800 tac!

•

Paquete combustible del carro con papel

o

aquete combustible del escritorio ejecutivo

+

Paquete combustible de la oficina I

Paquete combustible de la oficina II

•

Paquete del combustible del sofa Paquete combustible de la estaci6n de trabajo I Paquete combustible dela estaci6n de trabajo /I

x

Promedio de las dos pruebas (tipo de'criba 38,1 x 6 x 16 x 18)

FIGURA 2.4.8 Reducci6n de la Iiberaci6n de calor durante la supresi6n de incendios del mobiliario can rociadores ordinarios (datos para densidad de pulverizacion de 0,07 mmls [0, 1 gallminlpieEl]). (Fuente: un algoritmo para la supresi6n de incendios con rociadores para el GSA Engineering Fire Assessment System, Nistir 4833)

Las Ecuaciones 39 y 40, pueden utilizarse para detenninar si 1a temperatura del flujo de gas conducido por el fuego que pasa por delante de un dispositiv~ de deteccion, es 10 suficien­ temente alta para hacer funcionar el dispositivo. Sin embargo, se necesita mas infonnacion para caIcu1ar la cantidad de tiempo que se necesita para calentar el detector 0 el e1emento sensor del rociador, hasta la temperatura de funcionamiento. Con frecuen­ cia estos elementos estan hechos de metal, como el enlace fusi­ ble'tipo fundente ordinario, utilizado en los rociadores fusibles y de palanca 0 consisten en tubos de vidrio llenos de Ifquido, como aquellos que se utilizan en los rociadores tipo arnpolla. Estos dos elementos sensores, requieren cierto tiempo para ab­ sorber el calor que se transfieredesde· el gas caliente que fluye alrededor del dispositivo. Para incendios estables, el tiempo requerido para calentar el elemento sensor de un dispositivo de detecci6n tennica 0 de su­ presion, a partir de la temperatura ambiente hasta 1a temperatura de operacion est\. dado por topemciim

AdistanciasradiaJessuperioresarih =0, I8,la temperatura maxlilla enel flujo del chorro en el cielo raso, depende dcla dis­ tancia desde el punto de choque, de acuerdo con (40)

donde h

distancia por encima de la superficie combustible (m)

Q tasa de liberacion de energfa del fuego [(kJ/s) 0 (kW)] distancia radial desde la linea central del penacho hasta el dispositivo (m) Tm(Jet) = temperatura del ChOIro en el cielo raso (K) rro = temperatura ambiente del cuarto (K)

r

Las correlaciones tambien estan disponibles para las velo­ cidades mAximas en el flujo del choITO del cielo raso, Um' debajo de un cielo raso. Al igual que con las correlaciones de tempera­ tura, existen dos regiones: (1) una cerca al punto de choque donde las velocidades son casi constantes y (2) la otra mas lejos,

T.o)

( T,,, RTI I r;r oge T -' T '1/ Um m operaci6n

(43)

donde RTI, el indice del tiempo de respuesta, es una medida sobre la facilidad de calentanriento de los elementos tennicos en los detectores de calor y en los rociadores. Mientras mas grande sea el valor RTI, mas grande sera el intervalo para ca­ lentar el elemento sensor. Los valores RTI para rociadores han sido medidos30 en el range de 1 5 . a 400 En el ejemplo anterior, al utilizar una ecuaci6n anterior, se encontro que un incendio de ~OO kW 0, produciria una tempe­ ratura del' gas de 366 K [Tm(penacho)] a 5 m (h) por encima de la superficie combustible en un cuarto con 293 K (Toperaci6n), el tiempo para entrar en funcionamiento como respuesta al inc en­ dio estable, puede calcularse a partir de la Ecuacion43 mientras toperaci6n

= j4A 200 10 (93 &, 93 -

20) 74

128 S

La medici6n del intervalo tennico parael rociador, es un to­ pi co de las investigaciones y validaciones actuales. 31,32 Progre­ sos recientes han incluido medios para explicar los efectos de la perdida de calor debido a la conducci6n. 33 Se ha encontrado que, para \08 casos cuando la temperatura del gas no supera de ma­

r CAPiTULO 4 •

nera significativa la temperatura de activaci6n para el rociador, puede ocurrit un error importciIite en la predicc16n del tiempo de activaci6u. En estos cas os, es posible que cambios pequeuos en las temperaturas pronosticadas del gas, resulten en grandes cam­ bios en el tiempo de funcionamiento pronosticado. 31 En el caso de las temperaturas de gas constantes 0 que varian lentamente, este efecto puede ser importante donde (44)

Otro mctorque contribuye con la inexactitud de los resul­ hidos-proiiosficad6s-;- iifritiIiiaI l'iEcuacf6n43coiibajasTempe­ raturas y velocidades del gas y tambien para valores bajos del RTI, es que ningun medio esta incluido para explicar la perdida de calor par conducci6n desde el elemento sensor, ya sea este un fusible 0 una ampolla de vidrio, hasta la estructura del rociador y la tuberia. Heskestad y Bill33 e Ingason34, han estudiado los medios para explicar los efectos de la perdida de conducci6n y han medido los val ores de esta para el hardware del rociador. Despues de Heskestad y Bill33 , la Ecuaci6n 43 puede modifi­ carse para explicar las perdidas de conduccion hacia el marco y la tuberia, los cuales se sup one estan a una temperatura cons­ tante igual a la temperatura ambiente inicial (TaJ mientras

(45)

donde C, es un parametro de la perdida deconduccion con uni­ dades (m/S)ll2 que ha sido obtenido por mediciones. 33,34 Un rango realista de los valores para e1 parametro de la per­ dida de conduccion es, 0,5 a 1,6 (m/sy,\ el tiempo esperado de funcionamiento para el rociador enel ejemplo, aumentaria a 190 s, como pronostica el uso de la Ecuacion 45, 10 que es mas de un minuto mas lento que el pronostico de 128 s (usandola Ecuacion 43 0 la Ecuaci6n 45 con C = 0). Con un valor de C> 0,74 (m/sf" la perdida de calor seria 10 suficientemente grande como para evitar .el funcionamiento del rociador, aunque la tempera­ tura del gas se mantuviera por encima d~ la temperatura de fun­ cionamiento indicada del rociador. Todos los ca1cillos que se usan hoy en dia, para determinar los tiempos de funcionamiento solo tienen en cuenta el calenta­ miento convectivo de los elementos sensores por parte de los gases calientes del incendio. Estos no explican explicitamente ninglin calentamiento directo por la radiacion proveniente de las llamas. Las investigaciones continuan evaluando y mejorando los calculos de operacion para los dispositivos activados por calor, como los rociadores.

SUPRESION DE INCENDIOS CON ROCIADORES OftDINARIOS La supresion de incendios con agua, es un problema fisico, ter­ mico y qulmico extremadamente complejo,. Recientemente, se

~------------

...........................­

Cillculas simplificados del crecimiento del fuego

2-51

han realizado trabajos para ayudar en el disefio y anaHsis de los experimentos sobre la supresi6n de incendios con rociadores que emplean la modelizaci6n del fuego, para predecir la tasa de liberaci6n de calor de un incendio de la operaci6n del rociador. 35 Con frecuencia, todo 10 que se requiere es formarse una idea de los limites conservadores sobre el tiempo que se re­ quiere para suprimir los incendios. Por 10 que a esto se refiere, se ha realizado una seric limitada de experimentos para medir la tasa de liberacl0n de calor durante la supresion, para una serie de incendios en ocupaciones de riesgo que incluyen el mobiliario. Los datos de estos experimentos han sido correla­ cionados y limitados por una simple expresi6n que permite hacer los calculos manuales de la tasa de liberaci6n de calor pro­ veniente de los incendios, durante la supresion con rociadores. La Figura 2.4.8, muestra los resultados de la tasa de libera­ cion de calor que ha sido medida para el mobiliario y las cribas de madera normalizados, para la tasa correspondiente a la tasa de liberacion de calor en el momento en que entra en funciona­ miento el rociador. Como se espera, existe un amplio rango de comportamientos. Algunos incendios que involucran al mobi­ liario, son suprimidos mas facilmente que otros. La tasa de li­ beraci6n de calor del incendio del sofa, disminuye rapidamente (menos del diez por ciento de este valor inicial en casi 20 s). El Paquete Combustible mas complejo de la Oficina I, tarda cerca de 500 s para disminuir en el mismo porcentaje. La distribuci6n regular de los palos de madera que forman una criba de madera, presenta superficies de combusti6n tanto expuestas como es­ condidas, que son dificiles de extinguir. Se necesitan mas de 800 s de pUlverizacion de agua del rociador, para reducir la tasa de liberaci6n de calor de las cribas de madera, probadas en un no­ venta por ciento. Todos estos datos de prueba, fueron reunidos utilizando una densidad del agua de pulverizacion de 0,07 mm/s (0, I gal/minJpies 2).36 Puede construirse un llmite superior para los datos, al dibu­ jar una linea recta deltrazado del semilogaritmo. Esta linea resulta en una expresion para ellimite conservador, (la cual significa la reduccion menos esperada en la tasa de liberacion de calor), para la supresion de unincendio del mobiliario. Esta linea representa la tasa deliberaci6n de calor durante lasupresi6n,comouna.fun­ ci6n exponencial declinante del tiempo como sigue:

donde tasa de liberacion de calor tiempo (8) I taci tiempo en que comienza la supresi6n por pulverizaci6n (s) constante del tiempo para la declinaci6n exponencial (s) Un estudio experimentallimitado, sobre la supresi6n de in­ cendios de cribas de madera, fue realizado por Walton37 y anal i­ zado por . Al usar los resultados de un estudi039 anterior que mostraba que el tiempo para extinguir una criba de madera, era proporcional a la tasa de aplicaci6n de agua por unidad de area de superficie expuesta de la criba, los datos de los experi­ mentos que utihzan dos alturas diferentes para las cribas, pueden ser colapsados en una correlaeion unica. La supresi6n de incen­ dios de la criba de madera, fue analizada de la misma manera en t

2-52

SECCION 2 •

Ana/isis para proteccioncontra incendios

que se han analizado previamente los incendios de muebles. Los resultados illostraron que para las densidades del agua de pulve­ rizacion que varian de 0,03 illmiS a 0,13 mm/s, con tasas de flujo por debajo del minimo, no se midio un efecto significativo sobre la tasa de liberacion de calor. Aunque los datos estaban disper­ sos, como es COillUn con los experimentos sobre supresion, los resultados 38 mostraron que para las densidades del agua de pul­ verizacion que varian de Q,03mm/s a 0,13 mm/s, laconstante del tiempo para la declinaci6n exponencial en la tasa de liberaci6n de .ca]or variaba mientras

4. Babrauskas, V., and Krasny, J. F., "Fire Behavior of Upholstered Furniture," NBS Monograph, National Bljreau of Standards, Gaithersburg, MD, 1985. 5. Lawson, J. R., etaJ., "Fire Performance of Fumishings as Mea­ sured in the NBS Furniture Calorilileter, Part 1," NBSIR 83­ 2787, Kational Bureau ofStandards, Gaithersburg, MD, Jan. 1984. 6. Alpert, R. L., and Ward, E. 1, "Evaluating Unsprinklered Fire Hazards," SHE TR 83-2, Society of Fire Protection Engineers, Boston, MA, 1983. 7, Babrauskas, V, et al., "Upholstered Furniture Heat Release Rates Measured with a Furniture Calorimeter," NBSIR 82-2604, National Bureau of Standards, Gaithersburg, MD, 1982. 8. Babrauskas, Y, "Free-Burning Fires," Proceedings, SFPE Sym­ (47) posium:Quanntative Methods forFire Hazard Analysis,Univer­ sliyofMaryland, CoJfege Park, Mb,1985," .. donde 9. Lawson, J. R., and Quintiere, 1. G., "Slide-Rule Estimates of Fire GTowth,"NBSIR 85-3196, Natiomil Bureau of Standards, mw = densidad del agua depulverizaci6n (mm/s) Gaitherl>butg, MD, 1985. 10. Heskestad, G., "Virtual Origins of Fire Plumes," Fire Safety

Journal, VoL 5, No. 109, 1983.

En las tasas de flujo por debajo del minimo, no se midi6 II. Beyler; C. L, "Fire Plumes and Ceiling Jets," Fire Safety Jour­ ningtm efecto significativo sobre las tasas de liberaci6n de calor. nal, Vol. 11, No. 53, 1986.

Al usar la Ecuaci6n 47, el estimado conservador para la de­ 12. Delischatsios, M., "Flame Heights in Turbulent Wall Fire with clinaci6n exponencial en la tasa de liberaci6n de calor, para los Significant Flame Radiation," .Combustion Science and Technol­ ogy, Vol. 39, 1984,p. 195. incendios de mueb1es que han sido suprimidos con una densidad 13. Heskestad, G., "Luminous Heights ofTurhulent-Diffusion

de del agua de pulverizaci6n de 0,07 mls (0,1 galJminlpie2 ) es Flames," FireSajetyJoumal, Vol. 7, No. 25,1984.

14. SFPE, Engineering Guide, "Assessing Flame Radiation to Exter­ te = 3,0(0.07)-1,85 410 S (48) nal Targets from Pool Fires," Society of Fire Protection Engi­ neers, Bethesda, MD, June 1999. Usando esta constante de tiempo, los val ores pronosticados 15. McCaffrey, B. J., Quintiere, J. G., and Harkleroad, M. F., "Esti­ de 1a taza normalizadade liberad6nde calor durante la supresi6n, mating Room Temperatures and the Likelihood of Flashover aparecen a 10 largo de la linea recta en la Figura 2.4.8. Esto pro­ Fire Test Data Correlations," Fire Technology, VoL 17, No. 1981, p. 98. porciona un limite superior conservador para casi todos los datos. 16. Foote, K. L., Pagni, P. J., and Alvares, N. J., "Temperature Cor­ AI utilizar la correlaci6n (Ecuaci6n 47), la Ecuaci6n 46 relations for Forced-Ventilated Compartment Fires," Proceed­ puede escribirse de nuevo para las densidades del agua de pul­ ings of the 1st International Symposium, International verizaci6n que varian de 0,03 mm/s a 0,13 mm/s, mientras Association for Fire Safety Science, New York, Hemisphere Publishing, 1986, pp. 139-148. "Correlating Pre flashover Room 17. Deal, S. D., and Beyler, C. Protection Engineering, Fire Temperatures," Journal Vol. 2, No.2, 1990, pp, La Ecuaci6n 49, se utiliza en la versi6n actual 3.240 del 18. Thomas; P. H., "Testing Products and Materials for Their Contri­ FPEtooi y de la versi6n 3.1.641 del para estimar la re­ bution to Flashover in Rooms," Fire and Materials, Vol. 5, ducci6n en la tasa de liberaci6n de calor para los incendios, de­ No.3, 1981, pp.103-IIL bidoalefectode lapulverizaci6n de agua desde losrociadores. 19. Thomas, P. H" Fire in Model Rooms, CffiResearch Program, Aunque lejos de un pton6stico general sobre la supresi6n de in­ Building Research Establishment, Borehamwood, I:Iertfordshire, UK, 1974. cendios, la Ecuaci6n 49 Ie proporciona al usuario los medios 20. Lllw, M.,"Fii-e Safety ofExtemalBuilding ElemimtS--'-The De­ para demostrar el efecto minimo esperado de la aplicacion de signApproach." AlSC Engineering Journal, -Second Quarter, agua desde los rociadores ordinarios, para suprimir incendios de American Institute of Steel Construction, 1973. riesgo Iigero. 21. Law, M.,','Prediction of Fire Resistance," Proceedings, Sympo­ sium No.5: Fire-Resistance Requirements for Buildings-A New Approach, loint Fire Research Organizati6n,H. M.Sta­ BIBLIOGRAFiA tionery Office, London, UKl, 1973. 22. Thomas,P. H., and Heselden, A. J. M., Fully DevelopedFires in Referencias Citadas Single Compartments, A Co-operative Research Programme of the Conseil International du Batiment, Joint Fire Research Orga­ 1. DiNenno, P. J., et al. (Eds.), SFPE Handbook ofFire Protection nization Research Note Ko. 923, H. M. Stationery Office, Lon­ Engineering, 2nd ed., National Fire Protection Association, don, UK, 1972 Quincy, MA, 1995. Layer in the 23, ;Z;ukoski, E. E., "Development of a Stratified 2. Kanury, A. M., "Flaming Ignition of Solid Fuels," SFPE Hand­

Early Stages of a Closed-Room Fire," Fire and Materials, Vol. 2, book ofFire Protection Engineering, P. J. DiNenno (Ed.), Na­

No.2, 1978, pp. 54--62. tional Fire Protection Association, Boston, MA, 1991.

24. McCaffrey, B. J., "Purely Buoyant Diffusion Flames: Some Ex­ "Use of Small-Scale Test

3. Nelson, H. E., and Forssell, E. ·perimental Results," NBSIR 79-1910, National Bureau of Stan­ Data in Hazard Analysis," Proceedings of the 4th International

dards, Gaithersburg, MD, 1979. Symposium, International Association for Fire Safety Science,

25. Butcher, E. G., and Parnell, A. C., Smoke Controling Fire Safety 1994, pp. 971-982.

Design, E. and F. N. Spon, Ltd., London, IJK, 1979.

w.,

CAPiTULO 4 •

26. Klote, J. H., and Milke, J. A., Design ofSmoke Management Systems, American Society of Heating, Refrigerating, and Air­ Conditioning Engineers, Atlanta, GA, 1992. 27. Evans, D. D., and Stroup, D. W., "Methods to Calculate the Re­ sponse Time of Heat and Smoke DetectOrs Installed Below Large Unobstructed Ceilings," Fire Technology, VoL 22, No.1, 1985, pp. 54-<)5. 28. Walton, W. D., and Notarianni, K. A., "Comparison of Ceiling Jet Temperatures Measured in an Aircraft Hanger Test Fire with Temperatures Predicted by the DETACT-QS and LAVENT Computer Models," NISTIR 4947, National Institute of Stan­ dards and Technology, Gaithersburg, MD, 1993. 29. Alpert, R. L., "Calculation of Response Time of Ceiling­ Mounted Fire Detectors," Fire Technology, VoL 8, 1972, pp.181-195. 30. Heskestad, G., and Smith, H., "Investigation of a New Sensitivity Approval Test: The Plunge Test," FMRC No. 22485, Factory Mutual Research COIporation, Norwood, MA,1976. 31. Madrzykowski, D., "Evaluation of Sprinkler Actuation Prediction Methods," Proceedings of the 1st Intemational Asiaflam Confer­ ence 1995, March 15-16,1995, Kowloon, Hong InterScience Communications Limited, London, UK, 32. Notarianni, K. A., and Davis, W. D., "The Use Models to Predict Temperature and Smoke Movement High Bay Spaces," mSTIR 5304, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 1993. 33. Heskestad, G., and Bill, R. G., "Quantification of Thermal Re­ sponsiveness ofAutomatic Sprinklers Including Conduction Ef­ fects," Fire Safety Journal, VoL 14, Nos. 1-2, 1988, pp. 113-125. 34. Ingason, R., "Thermal Response Models for Glass Bulb Sprin­ klers, An Experiment and Theoretical Analysis," SP Report 1992: 12, 1992, Swedish National and Research Insti­ tute, Boras, Sweden.

Gil/aulos simplifiaados del crecimiento del fuego

2-53

35. McGrattan, K. B., Ramins, A., and Evans, D. D., "Sprinkler, Vent and Draft Curtain Interaction-Modeling and Experiment," Fire Suppression and Detection Research Application Sympo­ sium, Proceedings, February 25-27,1998, Orlando, FL, National Fire Protection Research Foundation, Quincy, MA 1998, pp. 98-106. 36. Madrzykowski, D., and Vettori, R. L., "A Sprinkler Fire pression Algorithm for the GSA Engineering Fire Assessment System," NISTIR 4833, NIST/BFRL, Gaithersburg, MD, 1992. 37. Walton, \\. D., "Suppression of Wood Crib Fires with -'jJ"uu,,~, Sprays: Test Results," NISTIR 88-3696, NIST/BFRL, Vi11111"lb­ burg, MD. 1988. 38. Evans, D. D., "Sprinkler Fire Suppression Algorithm for HAZ­ ARD," NISTIR 5254, NISTIBFRL, Gaithersburg, MD, 1993. 39. Tamanini, F., "The Application of Water Sprays to the Extin­ guishment of Crib Fires," Combustion Science and Technology, Vol. 14, 1976, pp.l7-23. 40. Deal, S., 'Technical Reference Guide for FPEtool Version 3.2," NISTIR 5486-1, NISTIBFRL, MD, 1995. 41. Jones, W. W., Fomey, F. P., Peacock, R. D., and Reneke, P. A., "A Technical Reference for CFAST: An Tool for Es­ timating Fire and Smoke Transport," NISTTN 1431, NIST/BFRL, Gaithersburg, MD, 2000.

C6digos NFPA, Normas, y Recomendaciones Pricticas Los codigos, normas y pnicticas recomendadas de la NFPA proporcio­ naran informaCIon adicional sobre los elementos de protecci6n contra incendios discutidos en este capitulo. (Ver la ultima versi6n del Cata­ logo de la NFPA para conocer la disponibilidad de las ediciones actua­ les de los siguientes documentos.) NFPA 251, Standard Methods ofTests Construction Materials

Endurance ofBuilding

FrederickW. Mowrer

1proyecto de ingenieria 0 calculo tecnico es el proceso de seleccion y orientacion de los elementos basicos de di­ sene que sirven como objetivos funcionales de desem­ peno dentro de los lirnites impuestos por los costos, tecnologia y seguridad. Los elementos del disefio pueden inc1uir materia­ les, componentes, productos, montajes, sistemas 0 subsistemas, dependiendo de la aplicacion. La aptitud de un elemento del di­ seno para determinada aplicacion se determina por medio del analisis. Los diferentes analisis usan diferentes propiedades 0 atributos de los elementos de disefio para medir el desempefio esperado. Los elementos del diseno escogidos para usarse deben dernostrar un desempefio aceptable basado en los dife­ rentesanalisis. En este contexto, todo el proyecto de ingenie­ ria, pordefinicion sebasa en el desempefio. El concepto de disefio de proteccion contra incendios ba­ sado en el desempefio es tan antiguo como la ingenieria de pro­ teccion contra incendios. Cuando se desarrollaron los primeros sistemas de rociadores a mediados de los afios 1800, estos se di­ sefiaron para cumplir los objetivos de desempefio de extincion automaticade incendios en edificios conlas limitaciones de que estos sistemas debian instalarse a un costo razonable usando la tecnologia existente en ese momento. Como sucede con mu­ chos sistemas de diseflo, estos primeros sistemas de rociadores fueron redisefiados; principalmentepor mediode ensayos y ba­ sados en experiencias de perdidas, para mejorar su eficiencia al iguaLque BU confiabilidad. Otros sistemas de proteccion con­ tra incendios tienen historias similares de desarrollo, al igual que la mayoria de sistemas de ingenieria. A pesar de que el concepto de disefio de proteccion contra incendios basado en el desempefio ha existidodesde hace mucho tiempo, el termino bas ado en el desempefio ha adquirido un significado mas especifico dentro lacomunidad de protec­ cion contra incendios en afios recientes. El termino basado en el desempefio se ha hecho de uso extensivo intemacionalmente para diferenciar los metodos emergentes de analisis cuantitati-

E

Frederick W. Mowrer es profesor asociado en el Departamento de In­ genieria de Proteccion contra Incendios de la Universidad de Maryland. Cuando se preparo este capitulo, el Profesor Mowrer era el Presidente de la Sociedad de Ingenieros de Proteccion contra Incendios y director anterior del Comite Tecnico de Manejo de la SFPE.

2-55

vos de riesgos de incendio basados en escenarios y de evalua­ cion de riesgos de incendio de los metodos reglamentarios de proteccion contra incendios autorizados por la costumbre. Dentro el marco del disefio basado en el desempefio, los resul­ tados propuestos normalmente se expresan en terminos de metas especificas de protecci6n contra incendios, objetivos, y criterio de desempefio que se quieren obtener. Dentro del marco tradicional, el analisis y disefio de la proteccion contra incendios ocurren principalmente dentro del contexto del cum­ plimiento con el codigo de la construcci6n, que no muestra ex­ plicitamente el logro de las metas de protecci6n contra incendio, objetivos 0 criterio de desempefio. Durante las ultimas dos decadas, se ha hecho un progreso considerable en las areas de analisis, disefio y reglamentacion de 1a protecci6n contra incendios basada en el desempeno. In­ temacionaJmente se han publicado muchos documentos de guia y reglamentacion sobre el proceso de disefio de protecci6n con­ tra incendio basado en el desempefio. Algunos de estos docu­ mentos incluyen los siguientes:

• Comprehensive Fireproof Building Methods, Vol­ ume I, Regulations for Comprehensive Design for Fire Prevention, publicados por el Architectural Center of Japan en 1989 1 • Fire Engi'leering Design Guide, publicado por el Centre of Advanced Engineering de la Universidad de Canterbury en Christchurch, NuevaZelanda en 19942 • Fire Engineering Guidelines, publicado por el Fire Code Reform Centre de Australia en 1996 3 • Fire Safety Engineering in Buildings, Part 1: Guide to the Application ofFire ::lafety Engineering Principles, Docu­ mento DD240, publicado por BSI en el Reino Unido en 19974 • Fire Safety Engineering-Parts 1 through 8, ISOITR 13387, publicado por la International Organization for Standard­ ization en Ginebra, Suiza en 19995- 12 bl1!f!i17eerm'f! Guide to Performance-Based Fire Pro­ tection Analysis and Design of Buildings, publicado en conjunto por la Society of Fire Protection Engineers y la National Fire Protection Association en los Estados Unidos en el ano 2000 13

2-56

SECGION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

E~tosd()cumentos pr~senta:J.1procesos similares para el di­ senode protecci6ri contra incendiosde edificios ba~ado en el­ bas ado en de sempefio. Este capitulo se vale de los procesos . documentados en estas publicaciones para presentar un resu­ men sobre el diseiio de proteccion contra incendiQ~:basa4o en del desempeno.

(,QUE ES EL DISENO BASADO EN EL DESEMPENO? Antes de considerar el proceso de diseiio de proteccion contra incendios basado en el desempefio, es importante tener en cuenta que es 10 que distingue el diseiio basado en el desem­ pefio de otros metodos de diseno. La SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire Protection Ana(vsis and Design of BUildings (La Guia SFPE de Ingenieria de Amilisis y Diseno de Proteccion de Edificios contra Incendios Basada en el Desem­ peno) que en adelante se llamani Guia SFPE PBD, define el di~ sefio bas ado en el desempefio como sigue: El metodo de ingenieria de disefio de proteccion con­ tra incendios basado en (1) metas y objetivos de proteccion contra incendios establecidos; (2) amilisis determinista y probabilista de escenarios de incendio; y (3) evaluacion cuantitativa de altemativas de diseno contra las metas y objetivos de proteccion contra incendios que usan herra­ mientas, metodologias y criterio de desempefio aceptados. Comparado con el disefio prescriptivo de proteccion con­ tra incendios, el disefio basado en el desempeiio tiene las 8i­ guientes caracteristicas distintivas: • El disefio basado en el de8ernpeiio esta fundamentado en la especificacion de criteriosde desempeno con significado ~uantitativo yflsico que se pueden usar paraevaluar el cumplimiento de metas y objedvosde proteccion contra incendios. • EI disefio bas ado en el desempeiio se basa en anaJisis de la dinamica de escenarios deincendioesperados. • EI disefio basado en el desempefio se basaen la evaluaci6n cuantitativa de escenarios de incendio usando herramien­ tas y metodologfas teenicas, que tipicamente inc1uyen algun tipo de modelo de iucendio de recimos cerrados. Finalmente, la meta del disefio de proteccion contra incen­ dios basado en el desempefio es demostrar, por medio de anali­ sis de ingenieria adecuados, que se va a obtener un grado aceptable de protecci6n bajo un conjunto determinado de con­ diciones de uso previsibles. La suficiencia y confiabilidad de disefio basado en el desempefio dependen en gran parte de la su­ ficiencia del criterio de desempefio escogido, el alcance de los escenarios de incendio esperados, y la exactitud de las herra c illieutas y metodologia de ingeria utilizados para el analisis.

EL PROCESO DE DISENO DE PROreCCION CONTRA:u'JCE,,!D10S 'BASADO' EN ELDESEMPENO E1 proceso dedisefio deproteccio~contra incendios basado en el desempefio se puede consideraJ." en,ten,ni;nosdeun n"(unero de etapasprecisas: ···La.. Guia SFPEPBDl"t'iSefulestos;pasos·en el diagrama ilustrado en la Figura 2.5.1.

Definir el Alcance del Proyecto EI primer paso en el proceso de disefio basado en el desempefio es definir el alcance del proyecto. La Guia SFPE PBD identi­ fica los siguientes temas asociados con la definicion del alcance del proyecto: • Limitaciones del disefio y programaci6n del proyecto • Los interesados (inversionistas) asociados al proyecto • La construccion y caracteristicas del edificio requeridas por el propietario inquilino • Caracteristicas deocupacion y del edificio • Uso y ocupacion esperados del edificio • Codigos y reglarnentaciones aplicables

°

Los diferentes inversionistas deben entender y estar de acuerdo en estos principios al comienzo para garantizar que el disefio basado en el desempefio (PBD) Ilene sus necesidades e intereses. Un inversionista ointeresado es Ia persona 0 repre­ sentante que tiene inten;\s en la terminacion exitosa del proyecto por razones economicas, de seguridad u otras. Los posibles in­ teresados, inc1uyen, pero no se limitan necesariamente a los si­ guientes: • Propietarios del edificio, administradores y personal de operacion y mantenimiento • Inquilinos y.otros ocupantes • Grupo dedisefio • Grupo de construccion (administradores de la construccion, contratistas generales, subcontratistas) • Autoridades competentes. (bomberos, construcci6n, seguros) • Agencias crediticias • Acudientes a emergencias Como el alcance de muchos proyectos es limitado, es esen­ cial que se defman y documenten c1aramente en esta etapa los limites del proyecto para que'los interesados entiendan bien 10 queel PBD cubrini. La definicion clara del alcance del proyecto es especialmente importante para que el ingeniero encargado del PBD evite la posibilidad de malentendidos y responsabilidades futuras que se puedan presentar durante la construccion y uso del edificio.

Identificar las Metas de Protecci6n contra Incendios Una vez definido el alcance del proyecto, el siguiente paso en el proceso del PBD es que los interesados identifiquen y el ingeniero

CAPiTULO 5 •

Repaso del disefiobasado en e/ desempefio en protecci6n contraincem::iios

1-----1

2-57

Reporte del proyecto de ingenieria de proteccion contra incendios

No -

Reporte de disefio basado en el desempefio

Planosy especificaciones, : I-~-~~~~~-"" rnanuales de-operaciones

y mantenimiento

FIGURA 2.5.1 Etapas de proceso de disefio de proteccion contra incendios basadoen el desefnpefio (Fuente: uSFPE Engineering Guide to Pedormance-Based Fire Protection", 2000, Figure 3-2)

del proyecto documente las metas de protecci6n contra incendios del diseno. Estos son los objetivos generales que debe a1canzar el disefio basado en el desempefio. Las metas de protecci6n contra incendios pueden inc1uir los grados de protecci6n para las perso­ nas y 1a propiedad, 0 pueden proveer la continuidad de las opera­ conservaci6n hist6rica 0 protecci6n ambiental entre otras. La proteccion contra incendios generalmente tiene las siguientes cuatro metas fundamentales interrelacionados:

1. Proporcionar protecci6n de fa vida para el publico, emple­ ados y otros ocupantes y para los bomberos; reducir al mi­

nimo las lesiones por incendio y evitar perdidas indebidas de vida. 2. La propiedad, reduciendo al minima los dafios a la propiedad por incendio y por las medidas de proteccion contra incendio (ej., proteger el edificio, contenidos y ca­ racteristicas hist6ricas contra el fuego y 1a exposici6n de edificios contiguos.) 3. Proporcionar conlinuidad de operaciones (ej., proteger la misi6n, produccion y operaci6n), reduciendo al minimo la perdida innecesaria de operaciones y de ingresos de nego­ clOS debidos a dafios por incendio.

. - -.... ~---------

2-58

SECCION 2 •

Amfl/isis para proteccion contra incendios

TABLA 2.5.1 Ejemplos de metas de proteceion contra incendios, objetivos de los interesados, objetivos de disefio y criteria de desempefio Metas de Proteccion contra Incendios Reducir al minimo las lesiones por incendio y evitar perdidas innece­

Criterio de Desempeno

Objetivos de Diseno

Objetivos de los Interesados Ninguna perdida de vidas fuera del recinto 0 compartimiento de origen del incendio

Evitar la combustion subita generalizada en el recinto de origen

EI mvel de CORb no debe ex­

Ningun dana termico significa­ tivo fuera del recinto 0 com­ partimiento de origen del incendio

Reducir al minima la proba­ bilidad de propagacion del fuego mas alia del re­ cinto deorigen

Temperatura de la capa supe­ rior no mayor de 200°C (390°F)

Reducir al minimo laperdidainnece­ saria de operaciones e ingresos de negocios POf danos de incendio

Que el tiempa de interrupcion de procesos~no~excedalas 8 horas

LifTIit,a~!Cl ~x!?<:)s.icionpor

HCI no mayor de 5 ppm, parti­ culas no mayores de 0,5 g/m 3

Limitar el impacto ambiental del in­ cendio y de las medidas de pro­ teccion contra incendio

Ninguna contaminacion del agua subterrimea par escu­ rrimiento de agua de la ex­ tincion

sarias de vidas Reducir al minimo los danos par incendio al edificio, su contenido y sus caracteristicas y atributos historicos

ceder 12% visibilidad mayor de 7 metros (23 pies)

humo a menos de 10 que produciria danos inacep­ tables al objetivo Proveer medios adecuados para capturar el escurri­ miento del agua de pro­ teccion contra incendios

Capacidad de represamiento por 10 menos 1,20 veces la descarga proyectada

Fuente: SFPE Engineering Guide to Performance-Based Fire Protection, 2000, Table 8-3

4, Limitar el impacto ambiental causado por el ineendio y las medidas de proteccion contra incendio, No todas las metas anteriores son relevantes a todos los pro­ yectos; la relevancia depende del alcance del proyecto. Una de las razones de identificar las metas de proteccion contra incen­ dio es ayudar a los interesados a definir los conceptos generales de protecci6n contra incendios que se estan desarrollando de manera que todos tengan claro cuales son las metas, y 10 que es igualmente importante, 10 que no se esta incluyendo en deter­ minado disefio. Otro objetivo es sencillamente documentar las metas de proteceion contra incendios a obtener en el disefio. Aunque las metas de proteccion contra incendios tienen un papel importante, estas no son suficientemente detalladas para evaluar si los objetivos espedficos de proteccion contra incen­ dios se van a alcanz,ar cpne14iseilo propuesto. Esta determina­ cion requiereuna descripeion mas detallada de los obj etivos y el criterio de desempefio.

Definicion de .Ios Objetivos de Diseno y los Interesados y Desarrollo del Criterio de Desempeno La evaluacion de los objetivos de proteccion contra incendios re­ quiere la definici6n de los objetivos especificos del los interesa­ dos y del disefio y el desarrollo de un criterio detallado de desempefio. El criterio de desempefio consiste en medidas cuan­ titativas, generalmente en forma de umbral de grados de dano 0 lesion que refJejen la inteneion de los objetivos de disefio. Ge­ neralmente, algunos criterios tratan sobre 1a seguridad de la vida mientras que otros tratan sobre los umbrales de dano de la pro­ piedad. El criterio de proteccion de la vida generalmente trata sobre 1a supervivencia y capacidad de sustentacion de las atmos­ feras producidas por un incendio en terminos de efectos termic05, toxicidad y visibilidad a traves de humo, El criterio de propie­ dad puede incluir los umbrales de dana termico, integridad es­

tructural, dafio por hwno, y propagacion del fuego, entre otros. Algunos ejemplos de metas de proteccion contra incendio y ob­ jetivos de los interesados, objetivos de disefio y criterios de de­ sempefio se dan ella Tabla 2.5.1 para cada una de las metas de proteccion contra incendios descritas anteriormente.

Desarrollar Escenarios

de Diseno de Incendio

Despues que se haya establecido el criterio de desempefio, el paso siguiente en el proceso del disefio basado en el desempefio es desarrollar escenarios de diseno de incendios. En este caso, el escenario de incendio es el conjunto de condiciones que de­ fine e1 desarrollo de un incendio y la propagaci6n de los pro­ dudos de 1a combusti6n par el edificio. Deben tenerse en cuenta las caracteristicas del incendio, el edificio y la ocupaeion en el momento del incendio para establecer diferentes escenarios de incendio porque todas estas caracteristicas interactiian entre sl e influyen en el escenariodeincendio. Las caracteristicas del incendio describen la historia del de­ sarrollo esperado del incendio y generalmente incluyen 10 si­ guiente: I

• Fuentes de ignici6n y materiales incendiados inicialmente • Desarrollo incipiente del incendio • Propagaei6n de las llamas y crecimiento del incendio • Combusti6n subitageneralizada (flashover) y condiciones del incendio totalmente desarrollado • Combustion completa, mengua y extincion EI desarrollo de incendios en los edificios depende en gran . manera.de los efectos de encierros y ventilaci6n 10 mismo que de las caracteristicas de proteccion contra incendio instaladas, de manera que se deben tener en cuenta las caracteristic.as de construccion del edificio como parte del desarrollo del escena­

CAPiTULO 5 •

Repaso del disefio basado en el desempefio en proteccion contra incendios

rio de incendio

Caracteristicas del Edificio. Las caracteristieas de construe­ cion describen las caracteristicas fisicas, contenidos y medio ambiente del edificio. Las caracteristieas de interes para la pro­ teccion contra incendios incluyen 10 siguiente: • Caracteristicas arquitect6nicas, inc1uyendo la disposici6n de espacios • Caracteristicas estructurales • Servicios y procesos del edificio • Sistemas de protecci6n contra incendio

. ··Caracteristicas· de respuesta a emergencias

• Factores ambientales Estas caracteristicas de construcci6n afectau el crecimiento ypropagaci6n del fuego 10 mismo que el movimiento de los pro­ ductos de la combusti6n, as! que es necesario tenerlas en cuenta para establecer posibles escenarios de incendio. En relaci6n con el desarrollo del incendio, las caraeteristi­ cas principaies de ronstrucci6n que influyen en el escenario de incendio ineluyen 10 siguiente: • Area de pisos y volumen del recinto del incendio • Propi edades de inflamabilidad de los materiales de revesti­ miento del recinto, muebles y otros contenidos • Nlimero, tipo y loealizaei6n de las vias de ventilaci6n natural • Tipo y caracteristicas de operaci6n de los sistemas de ven­ ti1aci6n y acondieionamiento de aire (HVAC) • Tipo y caracterfsticas de operaei6n de los sistemas de de­ tecci6n y extinci6n de incendios • Propiedades termo-fisieas de los lfrnites de los recintos y las caracteristicas de resistencia de los limites y elementos es­ tructurales de los recintos.

Caracteristicas de Ocupacion; Las actividades de los ocupan~ tes tambien pueden influir en el desarrollo del incendio; por 10 tanto tambien se deben tener en cuenta·en el desarrollo de esee­ narios de incendio. Los ocupantes pueden afectar el desarrollo del incendio de varias maneras, inc1uyendo 10 siguiente: • Los ocupantes pueden contribuir accidental 0 intencionaI­ mente a la ignici6n de incendios. , • Los ocupantes pueden abrir 0 cerrar puertas y ~entanas y afectar el pot~neial de propaga\.\i6n del fuego y hurno .. • Los ocupantes pueden detectar y extinguir incendios, espe­ cialmente durante 1a etapa inicial de su desarrollo.

Algunas de estas caraeteristieas de los ocupantes se rela­ cionancon las capacidades de toma de deeisiones de estos, aI­ gunas con su movilidad y otras con su susceptibilidad al humo.

Curvas de Incendio de Diseiio. Uno de los factores mas im­ portantes que se deben identifiear y tener en euenta en el desa­ ITollo y evaluaei6n de escenarios de incendio es la naturaleza pasajera de 10sincendios de edificios. Como el incendio es un proceso transitorio, afecta al edificio y sus ocupantes y opera­ ciones de diferente manera en diferentes etapas. Las diferencias de minutos y hasta de segundos pueden significar la diferencia entre el exito 0 fracaso de una estrategia de protecci6n contra in­ eendios,Por 10 tanto, en unanalisis de4isenobasado en el de­ sempefio el tiempo siempre es uno de los parametros fundamentales. Respeeto al desarrollo de escenarios de disefio de incendios, esta dependencia del tiempo generalmente setrata con el desarrollo de una 0 mas curvas de disefio de incendio que describen las historia de tasas de liberaci6n de calor y humo es­ peradas de los escenarios de disefio de incendios. Las curvas de diseno de incendios tipicamente tienen algu­ nas 0 todas las etapas ilustradas en la Figura 2.5.1. EI evento ini­ cial es la ignici6n. Despues de la ignici6n, puede haber 0 no un perfodo incipiente de poco 0 ning(m crecimiento, dependiendo principalmente del tipo e intensidad de la fuente de ignici6n y de la naturaleza del primer combustible incendiado. Por ejemplo, un incendio sin llama 0 de brasa producido por un cigarrillo en un mueble tapizado puede mostrar un perfodo incipiente relati­ vamente largo, rnientras que un incendio con llamas del mismo mueble tapizado puede no presentaria este perfodo incipiente. Despues de 1a ignici6n y el perfodo incipiente,si sucede, la ma­ yoria de incendios de importancia experimentan un periodo de crecimiento hasta un tamafio maximo. En gran medida, la tasa de crecimiento del incendio y la tasa maxima de liberaci6n de calor diferencian los eseenarios de incendio relativamente peli­ grosos de los escenarios menos peligrosos. Una vez el incendio alcanza su tasa maxima de liberaci6n de calor, puede seguir quemandose a aproximadamente esta tasa por alg(m tiempo, d.ependiendo de cu~nto comb~~tible hay disponi­ ble para quemarse. Este perfodo de quema relativamente estable se conoee con frecuencia como la etapa de desanollo completo. EI periodo final, tipicamente llamado 1a etapa de debilitarniento o extinci6n, oeurre cuando elcombusiible disponible empieza a agotarse. Algunos ineendios ya empiezan a completar la com­ .

,

. . ICreClmlento .. ICompletamente Oesarrollado IDebilitamiento I

Inclplente

Las caracteristicas de los ocupantes tambien influyen en la manera en que estos son .afectados por el incendio y como res­ ponden a las condiciones provocadas por el incendio. Algunas de las earacteristicas importantes que afeetan el comportarniento de las personas en incendios incluyen: • Nlimero y distribuci6n de los ocupantes • Prontitud, capacidades fisicas y mentales • Condici6n fIsica y fisio16gica • Actividad, compromiso, familiaridad y funci6n social

2-59

I

Curvade disenode incendio

Ignicion

Tiempo

FIGURA 2.5.2 Etapas de curvas de disefio de incendio

2-60 SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

bustion en el momento en que alcanzan su tasa maxima de libe­ racion de calor; estos hicendios tienden a presentar tasas de libe­ racion de caler que conpicos precisos, en lugar de mesetas. El area bajo la curva de calculo de incendio representa la energia totalliberada por el incendio (vease Figura 2.5.2). En muohos respectos la construccion ycuantificacion de las Clln'as de disefio de incendio son el aspecto mas dificil y tam­ bien:el mas important:edei proceso de disefio basadoen e1de­ sempeffo.Las curvas de disefio de incendio son importantes porque rigenla tasa de desarrollo as! como la magnitudfinal de desarrollo de riesgos. La escogencia de la Clln'a de disefio de in­ cendio que no represente exactamente el desarrollo esperado del incendio produciraprediccionesde condiciones producidas por el fuego ya sea demasiado severas 0 demasiado leves. Esto puede resultar eh disefios inadecuados 0 costosos. Idealmente, la informacion de prueba de incendios reales estaria disponible y se usaria para desarrollar curvas de disefio de incendio, pero en muchos casos esta informacion tan especifica no esta dispo­ nible. En estoscasos,se necesita el criterio tecnico paracarac­ terizar y escoger las Clln'as de disefio de incendio adecuadas basadas en los tipos, cantidades y configuracion de los combus­ tibles disponibles, incluyendo combustibles iniciales y secunda­ rios. Es importante que todos los interesados entiendan las bases para la seleccion de curvas de disefio deincendio y esten de acuerdo sobre la seleccion. Como esta seleccionpuede requerir de controles administrativossobre los combustibles potenciales dentro del edificio, los controles administrativos se deben docu­ mentar y hacer cumplir.

Desarrollo y Evaluaci6n de Disenos de Prueba Los pasos para el desarrollo y evaluacion de disefios de prueba tienen por objeto considerar de que manera las diferentes ca­ racteristicas de proteccion contra incendios (subsistemas de proteccion contra incendios) van a interactuar para proveer el grado deseado de seguridad contra incendio en un edificio. Los subsistemas de prdteccioncontra incendios consider-ados en-Ia GuiaSFPE PBn ifichiyenlbs -siguierttes: • • • • • •

lniciaci6n y desarrollo del incendio Propagacion, control y manejo del humo Detecci6n y notificaci6n del incendio . Extinci6n del incendio Comportamiento y evacuacion de los ocupantes Proteccion pasiva contra incendios

Estas categorias de subsistemas de proteccion contra in­ cendios no son linicas; son similares a las categorias usadas para describir subsistemas de proteccion contra incendio en muchas guias internacionales de disefio de proteccion contra incendios basado en el desempefio relacionadas al comienzo de este capitulo. lniciaci6n y Desarrollo del Incendio. El subsistema de ini­ ciacion y desarrollo de los incendios se ocupa de la probabili­ dad de ocurrencia de la ignicion al igual que de la tasa de

crecimiento dellllcendio y liberaci6n de humo si se presenta la ignicion. Este subsistema esta relacionado directamente con el esceriario de disefio de incendio y las curvaS de disefio de in­ cendio tratadas enla seccion anterior. Tratarla iniCiaciofi y de­ sarrollo del incendiocomo una de los subsistemas de proteccion contra incendio ayuda a enfatizar que la selecci6n y colocacion de acabados interiores y contenidos son parte im­ portante de la proteccion general contra incendio de un edificio. Este aspecto del disefio de protecci6n .:;ontra incendios, el con­ trol del origen del incendio por medio de seleccion de los pro­ ductos, con frecuencia se ignora a favor de otras estrategias de proteccion como l~fl"l!_ecC;!Qn )'_~{i:ti.fl9i9!l~l!)11.g!l:Ld~c<;msige­ rarlas en conjunto con estas otras estrategias. Propagacion, Control y Manejo de Humo. EI subsistema de manejo del humo se ocupa del riesgo resultante de la produc­ cion y movimiento del huroo y los metodos que se pueden usar para controlar estosriesgos.Estos metodos generalmentein­ cluyen la reducci6n de generacion de humo por medio del con­ trol de los materiales que producen grandes cantidades de humo o par la extincion, la extraccion delhuroo por medio de venti­ lacion natural 0 mecanica, y el confinamiento del humo por la construccion, con frecuencia en combinacion con presurizaci6n mecanica. Deteccion y Notificacion delIncendio. El sistema de detec­ cion y notificacion se ocupa de los medios usados para detec­ tar un incendio y los medios usados para notificar la presencia y localizaciondel incendio a los ocupantes del edificio y al per­ sonal de emergencias. El elemento de deteccionde incendios se encarga de la respuesta de las personas y dispositivos auto­ maticos a las diferentes sefiales de incendio emitidas durante el incendio. Extincion del Incendio. El subsistema de extincion de incen­ dios seencarga de los medios usados para extinguir 0 controlar un incendio. E8to incluye sistemas automaticos deextincion como sistemas de rociadores automatic os, 10 mismoque siste­ mas de extinci6n manual, iricluyendo las operaciones de extin­ cion del departamento de bomberos. E1 imp acto de los sistemas yactividadesde extincion sobre eldesarrollo del incendio se considerarian parte de este sub sistema. Comportamiento y Evacuacion de los Ocupantes. El sub­ siStema de comportamiento y evacuacion de ocupantes se en­ carga de los medios usados para proteger a los ocupantes de los efectos dafiinos del incendio. En general, esto consiste en el di­ sefio de un sistema de salida que permita a los ocupantes eva­ cuar el edificio antes de que se desarrollen condiciones insostenibles. Protecci6n Pasiva contra Incendios. El subsistema de pro­ teccion pasiva contra incendios se encarga de la estabilidad es­ tructural del edificio as! como de la resistencia al fuego de los !imites de los redntos para evitar la propagacion del incendio entre los recintos del edificio.

[

CAPjTULO 5 •

Repaso del disefio basado en e/ desempefioen protecci6n contra incendios

Producir la Documentaci6n Uno de los aspectos mas importantes del disenode proteccion contra incendios basado en el desempefio esla documentacion. Es necesaria la documentacion para la toma de decisiones y analisis desarrollados durante elproceso del disefio igual que para las tareas y responsabUidades de los intetesadospara ga­ rantizar el cumplimiento activo de la operacion del edificio con las bases del disefio bas ado en el desernpefio. La Guia SFPE PBD nombra los siguientes tipos de documentacion: • PIanos yespecificaciones .. ResUmen del disefio de il1genieria de protecciol1 contra in­ cendios • Inforrne del disefio basado en el desempefio (PBD) • Manual de operaciones ymantenimiento (O&M) Los pianos y especificaciones son 'basicamente iguales en el disefio basado en el desempefio yen atros metodos de di­ sefio; tienen por objeto comunicar informacion importante de disefio importante, especialmente datos geometric os e informa­ cion sobre materiales y metodos de construccion, para los re­ presentantes de los propietarios,contratistas, autoridades competentes y otr08 interesados. Los otros tres tipos de docu­ mentacion son mas bien especificos del disefio basado en elde­ sempefio. B informe de disefio tiene pOLobjeto resumirlos criterios de desempefio ymetodos de amllisis que se van a usar para evaluar los disefios de prueba. El reporte PBD tiene por objeto documentar totalmente el disefio basado en el desem­ peno en sus lQilses; el .J\I[an,ual O&"~ se encarga deayudar a ga­ rantizar que todos los componentes del PBD esten en su lugar y operando correctamente. De importancia vital es la docu­ mentacionde loscambios en el uso, ocupacion uoperaci6n del edificio que causarian una reevaluaci6n de la proteccion contra incerrdios del edificio.

EL TIEMPO COMO PARAMETRO DEL

DISENO BASADO EN EL DESEMPENO

Como se menciono previamente, el tiempo es un parametro clave en el diseno de proteccion contra incendios basado en el desempefio. Los parametrosde incendio mas significativos son funciones del tiempo. Por ejemplo, los riesgos fisicos de 108 in­ cendios se miden en terminos como: las tasas de crecimiento del incendio, tasas de propagacion de las llamas,tasas de libe­ racion de calor, tasas de liberacion de. humo, flujos de calor y duracion de la quema (todas funciones de tiempo). Igualmente, la respuesta de los edificios, o cup antes y sistemas de protec­ cion contra incendios a los diferentes escenarios de incendio se pueden considerar en terminos como de periodos de resistencia al fuego, tiemp08 de evacuaci6n ytiempos de respuesta ala de­ teccion y extincion. En consecuencia, el tiempo es un parame­ tro adecuado para usar en la evaluaci6n cuantitativa de diferentes escenarios de incendio y de proteccion contra incendio. Hay dos escalas competitivas de tiempo que deben tenerse

- - - - ....... - - _ . _ - - _..

2.....61

en cuenta, una asociada con el.desarrollo de riesgos y la otra con la mitigaci6n de los riesgos.En este contexto, una estrate­ gia exitosa de proteccion contra incendios es aquella en la que el tiempo hasta la iniciacion de condiciones de riesgo inacepta­ bles es mayor que el tiempopara la mitigaci6n exitosa de los riesgos entodos los escenarios de incendio relevantes. Este concepto se ilustra en la Figura 2.5.3. La escala de tiempo de desarrollo del riesgo que se mues­ traen la figura 2.5.3 denota dos tiempos relevantes: y, EI mero de estos, ; representa el tiempo en quese llega.a una liberacion critica de calor. Por ejemplo, estopuede ser la tasa de libe,raci6ndecalornecesariapara callswja Qombusti6n su­ bita generalizada(jlashover) de un recinto. EI segundo tiempo relevante, , , representa e[ tiempo en que se ha'liberado una can­ tidad total critica .de calor 0 humo. Porejemplo, eso podria ser cuando se ha liberado suficiente monoxido de carbono para de­ sarrollar una atmosfera insostenible. El tiempo para el desa­ rrollo de un riesgo grave se basaen el escenario de incendio y la curva de disefio de incendio. La escala·de tiempo de mitigacion del riesgo que aparece en la Figura 2.5.3 denota tres tiempos relevantes: ide!' t sup' Y t FR • El tiempo de deteccion, tdet, denota el tiempo en que se va a de­ tectar un incendio. El tiempo de deteccion depende del esce­ nario de incendio, la curva de disefio de incendio y los tiempos ylocalizacion de los dispositivos de deteccion. EI tiempo de extincion, t sup , denota el tiempo de iniciaci6n de la extincion del incendio. El tiempo de extincion es igual al tiempo de de­ teccion mas el tiempo necesario parainiciar la extincion una vez se ha deteclado elincendio. Para un sistema de rociadores de tuberia hUmeda, el retraso en la extincion podria ser nada, y el tiempo de extinci6n sera igual al tiempo de deteccion mas e1 tiempo necesario para iniciar la extincion una vez se ha detec­ tado el incendio. Para un sistema de rociadores de tuberia seca, el tiempo de retraso de la extincion puede ser hasta de 60 se­ gundos para los sistemas conformes con los requisitos de la

tasa de liberacl6n de calor (kW)

curva de la lasa de Iiberaci6n en funcion del tlampo escenario de incendio sin supresi6n automatic a

Ocr,

1+------­

escenario de incendio con supresion automatica

desarrollo del riesgo

mitigacion del riesgo

escalas de tiempo

t det

ts,p

----+

FIGURA 2.5.3 Escala de tiempo asociadas con el desarrollo y mitigacion del riesgo de incendio.

---------------~----

?1

2-62

SECCION

2.

Analisispara proteccion contra incendios

NFPA 13, "Norma para la Instalacion de Sistemas de Rodado­ res", edici6n 1999. Para extinci6n manual.la extinci6npuede retrasarse en decenas de minutos porque este retraso inc1uye los tiempos necesarios para verificar las alannas y notificaci6n al departamento de bomberos, la respuesta y la disposicion en el lugar del incendio. EI tiempo de resistencia al fuego, tFR , es el perfodo de resistencia al fuego de los lfmites del rednto en con­ diciones de exposici6n al fuego. Para una contenci6n del in­ cendio exitosa, el tiempo de resistencia al fuego debe ser mas largo que la duraci6n de condiciones de complicaci6n total. Para hacer uso practico deeste concepto, los interesados necesitan ~star de ficuerdosoJ:)f(;el critt::r:io de desempeiio a usarse ylos escenarios de disefio de incendios a tenerse en cuenta para poder evaluar ,CUillldo se espera que se presentaran presenten condiciones de riesgo inaceptables. Todos los incendios indeseados causan algiin dano y pre­ sentan un grade de riesgo. Para permitir la evaluacion cuanti­ tativa de las estrategias de mitigacion de incendios, se debe establecer un nivel de umbral de dafio 0 riesgo tolerable 0 acep­ table. EI tiempo hasta la iniciaci6n de dana 0 riesgo inacepta­ ble para determinado escenario de incendio depende de los siguientes dos factores: • La susceptibilidad al dano del objetivo que se evalua • La tasa de desarrollo del ambiente peligroso en ellugar del objetivo Si estos dos factores se pueden evaluar cuantitativamente, pueden producir una escala de dafio dependiente del tiempo 0 una tiempo eritico para el comienzo del dano. El dano de der­ tos objetivos puede estar relacionado principalmente con la cantidad total de una caracteristica del incendio, como el calor o hurno, liberada durante el incendio. Este dano esta represen­ tado como el area bajo la curva de tasa de tiempo-liberaci6n (Vease la Figura Una vez que se ha alcanzado la tasa eritica de liberacion pueden sufrir dano otros objetivos. Las escalas de tiempo relevantes a compararse dependen

del tipo de analisls de proteccion contra incendio que se reali­ zan. Para la protecci6n contra incendio, el tiempo disponible para salida seEura (ASEl) debe ser mayor que el tiempo reque­ rido para salida segura (RSEl). El tiempo disponible para sa­ lida segura es el tiempo desde la ignici6n hasta que se excede el criterio de sostenibilidad especificado en .ellugar de interes. EI tiempo requerido para salida segura es el tiempo desde la ig­ nieion hasta que el edificio 0 lugar de interes ha sido evacuado. Normalmente, se agrega un factor de seguridad al tiempo re­ querido para la salida para proveerun margen de error. Este concepto esta ilustrado en la Figura 2.5.4 que compara el tiempo disponible para salida el tiempo re­ queridopara salida segura. N6tese que.el tiempo requerido para salida segura incluye un numero de periodos intermedios, incluyendo el tiempo desde la ignici6n hasta la detecci6n, el tiempo desde la detecci6n hasta la notificaci6n de la alarma, el tiempo desde la notificaci6n de alarma hasta el reconocimiento de que existe una emergencia, el tiempo desde el reconoci­ miento hasta que empieza el movimlento, y finalmente, el tiempo de desplazamiento de la poblaci6n expuesta hasta la sa­ lida a un lugar seguro. Cada uno de estos periodos debe eva­ luarse por medio de analisis tecnicos adecuados para cada escenario de diseno de incendio. Se pueden construir line as de tiempo similares a la que se muestra en la Figura 2.5.4 para evaluar el desempefio de ele­ mentos estructurales, barreras contra .fuego, y otros objetivos que puedan ser de interes para determinada aplicaci6n.

EVALUACION DE RIESGO DETERMINISTA VERSUS EVALUACI6N PROBABILISTA EI diseiio basado en el desempeno se fundamenta en la especi­ ficacion de escenarios de diseiio de incendios y la evaluaci6n de alternativas de disefio: Existen dos metodos generales para este

..

r

LMa

Mpre

,,

,

)0:

: 1iempo pre-movimiento :

~~A-t-d-el~-----+~:

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:

Tiempo de desplazamiento

1iempo de reconocimiento

'

1iempa de respuesta

~:

, -tiempo-

Evacuaci6n Limite de completa sostenibilidad

FIGURA 2.5.4 Ejemplo de linea de tiempo para evaluacion de tiempos de salida disponibles versus requeridos (Fuente: "Fire Safety Engineering Buildings, Part 1: Guide to the Application of Fire Safety Engineering Principles", Document 0020, 8SI, Figure 2)

CAPiTULO 5 •

Repaso del diseno basado en el desempefio en proteccion contra incendios

proceso: determinista y probabilista. Los analisis determinis­ tas consideran solamente las consecuencias de escenarios de in­ cendio especificados, mientras que los antilisis probabilistas consideran la posibilidad al igual que lasconsecuencias de di­ ferentes escenarios de incendio. Por ejemplo, se podria usar un anti1isis determinista para evaluar resultados esperados de un escenario con sistema de rociadores operando correctamente y sin el, pero no la probabilidad de cada alternativa. En un antilisis determinista, un determinado juego de con­ diciones provistas siempre resu1ta en las mismas predicciones. La mayona de cti1culos de dintimica de incendios y modelos de incendio derecintos son deterministas .. Para Ia mayor parte de diseiios basadosene1 anruisis delenn:iri.ista, se consideta mtis de un escenario de incendio, aunque laprobabilidad de los dife­ rentes escenarios no se trate especificamente .. Por ejemplo, la opci6n basada en el desempefio en 1a edici6n 2000 de 1a NFPA 101 ®, C6digo de Seguridad de Humana®, especifica que se re­ quieren ocho escenarios de incendio sin considerar la probabi­ lidad de ringuno de los escenarios especificados. En un antilisis probabilista, las frecuencias de ocurrencia estin aso­ ciadas con escenarios de disefiode incendio para producir las perdidas esperadas asociadas con cada escenario. De esta ma­ nera, se pueden asociar los pesos apropiados con los diferentes escenarios y confiabilidad de los diferentes sistemas. Se pue­ den usar vanas herramientas de evaluacion de riesgos para ayu­ darse en e1 antilisis probabilista. Como el tiempo es un partimetro clave, el arbol de eventos es una herrarnienta espe­ cialmente util para evaluar los diferentes resultados posibles en cada etapa del escenario. El arbol de eventos de ejemplo que se

muestra en la Figura 2.5.5 ilustrillasetapas del desarrollo del incendio y factores tipicos que contribuyen a las probabilidades en cada etapa de desarrollo. EI arbol de.eventos de la Figura 2.5.5 ilustra el concepto de "defensa en profundidad", que se usa mucho para protecci6n contra incendios de edificios, especialmente en la industria de energia nuclear. El concepto de defensa en profundidad se basa en la premisa de que la proteccion contra incendios de un edi­ ficio no debe basarse exclusivamente en un solo subsistema de protecci6n sino en una combinaci6n de subsistemas para el caso de que uno de ellos fane. El concepto de defensa en profundi­ dad se ha.usadohistoricamenteenreglarnentaciones de.pmtec­ cion contra incendios de los edificios,porejemplo,tequiriendo tanto extincion automtitica como construcci6n resistente a fuego.. Conla evaluaci6n probabilista se pueden ca1cular y op­ timizar los costos y beneficios asociados con las aplicaciones de la defensa en profundidad. El antilisis de la dinamica de diferentes escenarios de in­ cendio probabiemente no varia significativarnente entre los me­ todos detenninistas y probabilistas, pero la expresi6n de los objetivos y criterios de desempefio probablemente difiere. Por ejemplo, en un antilisis determinista el objetivo de disefio puede ser evitar 1a combustion subita generalizada (flashover), mien­ tras que en el antilisis pmbabilista el objetivo de disefio puede ser demostrar que la probabilidad de flashover no va a exceder 10-6, u otra probabilidad rouy pequefia, por afio. Conceptual­ mente, el metodo probabilista bas ado en elbasado en riesgo es mtis satisfactorio, pero no siempre hay estadisticas disponibles para justificar las probabilidades necesarias para su aplicacion.

Incendio limitado a:

I EI incendio enciende

Primer item

Area de origen

Reci.nto de ongen

I

Pisode origen

i

Edificio de origen

Bloque de origen

Frecuencia deseada del evento

Resutlado esperado del evento

P(ig)

Very low

Conflagration

Factores tfpicos que contribuyeron en cada etapa : Control de Fuentes de energfalcombustibles Inflamabilidad de combustibles/detecci6n temprana Detecci6n tempranalextinci6n Butomatica Extinci6n automaticas/resistencia al fuego Resistencia al fuego/operaciones de del departamento de bomberos Edificion en construcci6n . Operaciones del departamento de bomberos P probabilidad Operaciones del departamento de bomberos

FIGURA 2.5.5

Ejemplo de arbol de eventos

- - _..__...._--_..._ - - _.._._-_... - - _ .._.-- _.

2-63

__._--------------_._.---_

...

2-64 SECCION 2 •

Analisis para proteccion contra incendios

9, Fire Safety Engineering-Part 5: Movement ofFire Effluents, ISOITR 13387-5: 1999, International Organization for Standard­ ization, Gel},eva, Switzerland, 1999. Referencias Citadas 10, Fire Safety Engineerinrs-Pw{ 6: Structural Response and Fire Spread Beyond the Enclosure ofOrigin, ISOITR 13387~6:1999, 1. Comprehensive FireproofBuilding Design Methods, Volume 1, International Organization for Standardization, 1999. Regulations for Comprehensive Design for Fire Prevention, Ar­ 11. Fire Safety Engineering-Part 7: Detection, Activation chitectural Center of Japan, Tokyo, Japan, 1989. pression, ISOITR 13387-7:1999, International 'Jl~;rulJl""'L1Ull 2. Fire Engineering Design Guide, Centre for Advanced Engineer­ Standardization,Geneva, Switzerland, G"n~ya, SW'i,tzlerJilnd, ing at the University of Canterbury, Christchurch, l\ew Zealand, 1999. 1994. 12. Fire Safety Engineerinrs-Part 8: Life Safety-Occupant Behav­ 3. Fire Engineering Guidelines, Fire Code Reiorm Centre, Mel­

iour, Location and Condition, ISOITR 13387-8: 1999, Interna­ bourne, Australia, 1996.

tional Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 4. Fire Safety Engineering in Buildings, Part 1: Guide to the Appli­ 1999. cq,tion ofFire.Safety Engineering Principles, Document 00240, SFPEEngineering Guide to Performance-Based Fire Protection BSI, London"UK, 1997. Analysis and Design ~jiJuildi~gs,Sor:Xety of Fire Protection En­ 5. Fire Safety Engineering-Part 1: Appiication o/Fire Perfor­ gineers and National Fire Protection Association, 2000. mance Concepts to Design Objectives, ISO/TR 13387-1:1999, International Organization for Standardization, Geneva, Switzer­ NFPA, Codigos, Normas y Priicticas Recomendadas land,1999. 6. Fire Safety Engineering-Part 2: Design Fire Scenarios and De­ La consulta de los siguientes c6digos, normas y practicas recomenda­ ISOITR 13387-2:1999, International Organization for das de la NPFA proporcionanin informaci6n adicional sobre el disefio Geneva, Switzerland, 1999. de protecci6n contraincendios basado en elbasado en desempefio. 7. Fire Safety Engineering-Part 3: Assessment and Verification of (Vease la ultima versi6n del Catalogo NFPA para disponibilidad de edi­ Mathematical Fire Models, ISOITR 13387-3:1999, International ciones corrientes de los siguientes documentos.) Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 1999. 8. Fire Safety Engineering-Part 4: Initiation and Development of NFPA 13, Standardfor the Installation ofSprinkler Systems, 1999 Fire and Generation ofFire Effluents, ISOITR 13387-4:1999, edition. International Organization for Standardization, Geneva, Switzer­ NFPA 10]®, Life Safety Code®, 2000 edition. land,1999.

BIBLIOGRAFIA

a seguridad humana es el principal objetivo de la seguridad contra incendios. Por conse­ cuencia, el comportamiento humano durante elincendio, la maneracomo hOs movemos una vez hemos recibido notificacion y los conceptos de disefio de las vias de evacuacion son aspectos criticos en seguridad contra incendios. El comportamiento humano en un incendio (Capitulo 3.1), es un area de la investigacion que nos ensefia como el ser humano asimilauna situacion tan compleja,que cambia rapidamente y donde recibe ninguna 0 limitada informacion. El sentido comlin nos hace pensar que durante las grandes catastrofes donde muchas personas pierden la vida, y una vez que los ocupantes del edificio se enteraron de la existencia del incen­ dio, cunde el panico generalizado. Esta sensacion viene de los medios (cine, television y prensa) y se arraiga en un publico que se imagina que toda la gente quiere descontroladamente salir al mismo tiempo para evadir el peligro inminente, empujandose y hasta aplastandose unos sobre otros. La realidad es que el panico es un comportamiento poco frecuente en un incendio. Aunque el comportamiento de las personas es complejo y no siempre semejante, durante un incendio, la naturaleza de la informacion obtenida, ellimitado tiempo disponible para reac­ cionar frente a esta, y nuestra evaluaci6n del peligro reinante, todos conducen a una situacion incrementada de tension nerviosa 0 estres. Sin embargo, estres no es sinonimo de panico. Paradojicamente, 10 mas comlin es que ante una situaci6n de estres la gente reaccione lenta y aletargadamente a una alarma inicial, a la comunicaci6n pOI voz 0 a los prim eros indicios del incendio. La ciencia del comportamiento humano ha llegado a la conclusion de que, en general, el ser humano esta programado para reaccionar lentamente ante una emergencia. Parece paradojico que ante un riesgo inminente de muerte, la mayoria de las personas nos volvemos increiblemente doci1es. Dicen los investigadores que en estos casos nos movemos 1enta­ mente en grupos como si estuvieramos caminando todos juntos hacia una pesadilla, y concluyen afinnando que entre mas informacion recibimos, aunque esta sea esencialmente valiosa para nues­ tra supervivencia, mas lentamente 1a procesamos. Parece que nuestro instinto mas profundo es paralizarnos en el sitio. Todos pensamos, "es imposible que esto me este pasando ami". Dicen estos mismos investigadores que al analizar el comportamiento de los animales durante el ataque de un animal superior, en ciertos casos, estos tambien se paralizan como un acto de superviven­ cia. Un animal generalmente no se come a otro animal si este se encuentra muerto. Es posible en­ tonces que nuestra reaccion tenga algo que ver con ese mismo instinto de supervivencia. Sin embargo, aquellas personas que reaccionan rapidamente ante una emergencia demues­ tran que en el pasado ya habian vivido una situaci6n de gran peJigro 0 que habian sido entre­ nadas sobre como reaccionar ante una emergencia. Los que crecieron en paises donde hay tenemotos frecuentes, entienden que nuestra reacci6n ante el segundo 0 tercer terremoto es mucho mas sosegada y apropiada para el riesgo reinante. Por consecuencia, es imperativo que practiquemos el plan de evacuaci6n donde trabajamos y donde vivimos como 10 recomiendan las normas de la NFPA. Si entendemos que tenemos que luchar por reprogramar nuestros in­ stintos, muy posiblemente tomemos esta tarea con mas seriedad yentusiasmo. El Capitulo 3.2 introduce las bases tecnicas para evaluar la evacuacion de un edificio uti­ lizando modelos matematicos. EI Capitulo 3.3 introduce los conceptos de evacuacion y es un ex.­ ce1ente abrebocas para entender la norma NFPA lOl®, C6digo de Seguridad Humana (Life Safety Code®), una de las normas claves de la NFPA, que todo profesional de seguridad contra incendios debe conocer y aplicar en su trabajo. Como se menciona repetidamente en este Man­ ual, la seguridad contra incendios de un edificio se obtiene evaluando simultaneamente todos los aspectos de seguridad contra incendios, siendo las vias de evacuaci6n una parte importantisima Las vias de egreso tienen que ser evaluadas en conjunto con la resistencia al fuego del edificio

Jaime Andres

Moncada, PE

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3-2 SECCION 3 •

Gomportamiento humano en emergencias de incendios

ysu eq!llpartillleutadon,.Gon .sus .~l1l'/ina4osjnj.eriores> \fOil ~os sistem~s activosd~supresion de

.' iricendios;c~oiilos
Todo edificio deberlatener, ya sea existente 0 nuevo, una evaluacion de sus condiciones, dese­ guridadhtimana (aentro de 10 que convenCionalmentesellldlamado elPlan MaestrodeSeguri­ fudcontraIn~endios),aqnqe,.enfre,otras,cosas, se 'debeestudiarordeiladamente elsistema de '. ~yacuaCi6;n induyt;niip pl3,nilla~ 4~ ciilculo de evacuaci6nYJecomendaciones P¥a mejorar la ' . eficacia de losmetodos de

TRADUCTORES Y REVISORES DE ESTA SECCI6N Esta Secci6n fue traducida por Stella Duque de Narvaez y revisada por Berta Sabogal y Jaime Andres Moncada, PE

CONTENIDOS DE LA SECCI6N 3 Comportamiento Humano en Emergencias de Incendios

Capitulo 3.1 E1 Comportamiento Humano y e1 Incendio Capitulo 3.2 Metodos de Ciilcu10 para Predicci6n de 1a Evacuaci6n

3-3 3-15

Capitulo 3.3 Conceptos de Disefio de Medios de Evacuaci6n

3-35

Revisado par

John L. Bryan

~L~~ a

manera-en -que -reaccronamos duranteW11ncendioue~ pende de la funcion que asumimos, experiencia previa, educaci6n y personalidad; la amenaza que se percibe por la situacion; las caracteristicas fisicas de la estructura y los me­ dios de salida disponibles; y las acciones de otras personas que comparten la experiencia. El amilisis de comportamiento pos­ terior al evento describe la accion como adaptable 0 no adapta­ ble, participativa 0 inhibida, y altruista 0 individualista. Los estudios detallados de entrevistas y cuestionarios durante las Ul­ timos cincuenta afios han demostrado que los casos de compor­ tamientos no adaptable 0 de panico son raros, y se presentan en situaciones especfficas. La mayor parte del comportamiento en incendios, segim el analisis de informacion, se vue1ve coopera­ tivo y altruista. Los primeros estudios documentados sobre comporta­ miento humano en los Estados Unido incluian ciilculos de capa­ cidad de la velocidad del movimiento de peatones para el disefio del Edificio del Hudson Terminal de Nueva York en 1901. 1 La primera edicion del Codigo de Salidas de Edificios de la Natio­ nal Fire Protection Association en 1927 se desarrollo a partir de los estudios de evacuacion realizados durante la decada desde 1917? A principios de 1930 se hicieron estudios clasicos de eva­ cuaciones en los terminales de trenes, estaciones subterraneas, teatros, tiendas de departamentos y edificios del gobiemo fede­ ral tanto con flujos de salida "normales" como flujos de "simu­ lacro de incendio" y se publicaron en 1935. 1 En lilglaterta, el London Transit Bureau y otras entidades realizaron esttidios.3,4 Enlos Estados Unidos, durante los aDOS 40 y 50, prevalecia el desinteres en los estudios sobre compor­ tamiento humano en incendios, aun en los incendios que causa­ ron grandes perdidas de vidas como e1 del club noctumo Cocoanut Grove, en el cual no se hicieron estudios dedicados al comportamiento humano en laS'lictividades de los ocrtpantes. Una excepcion fue elestudio.de la entrevista a los ocupantes se­ leccionados en el incendio de Arundel Park en 1956, el cual ve­ rifico el proceso de comportamiento de reingreso de miembros de grupos familiares. 5 El periodo mas productivo de investiga­ cion y publicaciones de comportamiento humano en los Estados Unidos fue desde 1970 hasta mediados de los 80. Un estudio e informe de cinco atlos de la Collision Nacional de Prevencion y Control de Incendios titulado America Burning (America Arde), en 1973, dio al gobiemo federal una vision del problema

~

nacional de'ihcefiOios:<'"Est't'rlnfof:fue'tlkfcorho reslIltado Ull res~ paldo financiero nuevo y mejorado para todos los aspectos de la investigacion de incendios incluyendo el comportamiento hu­ mano, aunque el ~informe enfocaba el rol del estudio del com­ portamiento humano como aplicable principalmente a los aspectos educativos de la prevencion de incendios. Durante los atlos 70 la NatIOnal Bureau ofStandards, por medio del Center ofFire Research y la National Fire Protection Association fue­ ron las fuentes principales de financiaci6n de estudios sobre comportamiemo humano en incendios en los Estados Unidos. De esta manera, los estudios tenninaron en un examen y el de­ sarrollo de metodos para investigar el comportamiento de los ocupantes en situaciones de incendio en los Estados Unidos y el Reino Unido. Tambien se dispusieron fondos, junto con el Japon, para la formacion del Panel de RecursosNaturales de Es­ tados Unidos y Japon sabre Investigacion y Seguridad contra Incendios, el cual incluyo el area de estudio del comportamiento humano en incendios. 7.1 5 El enfasis de los estudios del comportamiento humano en incendios durante este periodo consistia en definir las acciones de conducta de los ocupantes en situaciones de incendio, el exa­ men del concepto de "comportamiento de panico" que entonces era popular, y el enfasis en el estudio de procesos de evacuacion como ocurria en incendios en edificios de muchos pisos. Las caracteristicas de comportamiento de las personas tanto individual como en grupo se han determinado principalmente porme(jiq estgdiqsde i;lIv~stigacion dond,e el personal del cuerpo de bomberos entrevista a las personas en el momento del incendio. 8,J5 Debe reconocerse que el comportamiento indivi­ dual ~en un incendio esta afectadopor las variables del edificio dondeocurre el incendio y la apariencia de incendio y tiempo de detecci6n. Por ejemplo, la respuesta de los ocupantes varia 8i perciben el olor a humo pero no ven llamas 0 el humo oscuro y acre que oscurece un corredor. Las variables de pmtecci6n con­ tra incendios del edificio tahlbien pueden ser criticas para la per­ cepci6n de amenaza que involucra a las personas. Obviamente, las decisiol1es y comportamiento individual mas importantes en situaciones de peligro para la vida humana ocurren antes de la llegada de los bomberos, en las primeras etapas del incendio. Estudios de las instalaciones sanitarias demuestran la impor­ tancia de este comportamiento inicial; En el proceso de investigacion de estos casos hemos llegado a creer que el periodo entre la deteccion del incendio y la lle­ gada del cuerpo de bomberos es la etapa mas crucial para salvar vidas en terminos del primer compartimiento (el area

Jolm L. Bryan es profesor emerito del Departmento de Ingenierfa de Protecci6n contra Incendios, Facultad de Ingenieda de la Universidad de Maryland y actualmente consultor en Frederick, Maryland E.U.A.

3-3

3-4

SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

C~'. ;~.ell.co.Q1:fI..ct!pJ;!u-ectQ C911 j;llr~dntode origen Y el incendio).12 tanto, comp~itarrtiento de las personas involucradas intimamente con la iniciaci6n del incendiQ es decisivopo sola­ mente para ellos mismos sino para los demas ocupantes delOOi­ fieio. Debe reconocerse que el comportamiento altruista observado en la mayona de los incendios pOI la interaccion de los ocupantes y el DJedio ambiente del incendio de manera deliberada e intencionada parece ser la forma general de reacci6n. La hufda o reacci6n de panico aparentemente no es usual en los incendios.

PERCEPCION DEL·INCENDIO Obviamente, la forma como se avisa a un individuo de la presen­ cia de un incendio puede determinar e1 grade de peligro percibido. En los sistemas de alerta por voz en los edificios, las variaciones en calidad de la voz, tone 0 volurnen, 10 mismo que el contenido del mensaje, tienden a proporcionar senales de peligro.16 Proulx y 8ime l7 en su estudio sobre ejercicios de evacuaci6n en una estacion rapida de transito subterraneo encontro mas efi­ caz el uso de anuncios publicos con un timbre de alanna que aler­ tar creando una evacuacion eficaz inmediata. Ramachandran en su estudio de la investigaci6n del comportamiento humane en in­ cendios en el Reino Unido desde 1969 resurnia la eficacia de los timbres de alarma como sefiales de peligro : "La respuesta a tim­ bres y receptores acusticos de alarma de incendio tiende a ser menos que6ptima. Generalmente hay escepticismo sobre si el mido indicaba una alanna de incendioy, si asi fuera, (,es la alarma simplemente una prueba del sistema 0 un simulacro?" 18 Ramachandran19 indicaba que el desarrollo de "sistemas informativos de advertencia de incendio" que usan una proyec­ ci6n gnifica con un mensaje de alarma computarizado de tono agudo, ha reducido los tiempos de demora para la iniciaei6n de practicas de evacuaci6n. Cable 20 en su estudio de los tiempos de respuesta ante las senales de alarma de incendio de los emplea­ dos ert hospitales de veteranos eneontr61amayor demora en el tiempo de respuesta con los sistemas de tipo alarm a-timbre co­ dificados. Kimura y Sime21 en un estudio de la evacuaci6n de dos salas de conferencias con estudiantes universitarios eneon­ tr6 que las instrucciones verbales del conferencista fueron el fac­ tor determinartte para que .los estudiantes decidieran usar la salida de ineendios en lugar de la entrada y salida normales. La literatura sobre investigaciones de practicas de evacuacion in­ dica que el uso de mensajes verbales instruetivos puede ser muy eficaz para TOOueir demoras en la inieiaeion de la evaeuaci6n. Sin embargo, debe anotarse que si los mensajes verbales instructivos estan en eonflicto con otras senales de advertencia, tales como el olor 0 visi6n de humo, los ocupantes podrian cues­ tionar la eredibilidad de mensaje y haeer easo omiso de la in­ formacion. Uno de los poeos casos documentados de este tipo de situacion oeurri6 en la torre sur del World Trade Center el 17 de abril de 1975. Lathrop 22 informo que el incendio sucediocn un carrito de basura en un area de almacenamiento del quinto piso, contigua a la puerta abierta de una escalera que. permiti6 que el hurno se infiltrara en los pisos nueve a veintidos aproxi­ madamente a las 9:04 a.m. Los ocupantes de estos pisos se tras­ ladaron al area central del editlcio, y el centro de comunicaciones del edifieio que eontrolaba las areas centrales

del vestibula instruy6 verbalmente a las personas enestas areas para. que permaneCieran eJiIillactas y regresaran a sus oficinas a las I Oa.:I11.A:pesarde este anUDOtO; lQsdcuparites se queda­ ron elIas areasc.ent:r;lles del vestibula y se preoeu.paron mas por elhUIrlo. .EriWrlces, con los'oeupanies de ios pisos afectados cada vez mas angustiados, se anunci6 un mensaje de evaeuaei6n a las 9:16 a.m. Como 10 report6 Bums23 las evaeuaciones simultaneas de los ocupantes ocurridas en la explosion e incendio del 26 de fe­ brero de 1993, afectaron gravemente ambas torres del Vista Hotel del World Trade Center. La explosi6n averi6 el centro de corrnmicaciones, )1 .los Qq.1,lNpte S gl!
9:

C

Los encuestados mencionaron los indicios, se­ parados 0 en combinaei6n, de que algo estaba sucediendo: eseueharon 0 sintieron la explosion, interrupcion 0 parpa­ deo de las luces 0 telefonos, humo a polvo, sirenas y alar­ mas, infom:aeion de otras personas, y movimiento de personal. La mayoria de los participantes en estudios de ocupacion residencial fueron inicialmente alertados sobre el incendio por el olor del humo. 8m embargo, cuando se eombinan las dos cate­ gonas "notificados por la familia" y "notificados por otros", la notificacion personal se convierte en el medio de percepcion ini­ cial del ineendio mas frecuentemente reportado, como 10 mues­ tra la Tabla 3.1. L 8 La categoria "ruido" incluye el ruido de personas desplazandose escaleras abajo a traves de los eorredo­ res, ademas de dlferentes.fuentes de ruido, inc1uyendo la rotura de vidrios y la llegada de los earros de bomberos. La Tabla 3.1.2 compara los medios de percepei6n de los

TABLA 3.1.1 Medios de percepcion de un incidente de incendio (Estudiosen los Estados Unidos) Medio de Pel'celJcicm Olieron humo Notificados por otros Ruido Notificados por la familia Vieron humo Vieron fuego Explosion Sintieron el calor Vieron/escucharon al cuerpo de bomberos Corte de electricidad Mascota

N= 11

148 121 106 76 52 46 6 4 4 4 2

26,0 21,3 18,6 13,4 9,1 8,1 1,1 0,7 0,7 0,7 0,3

569

100,0

CAPiTULO 1 •

TABLA 3.1.2 Comparaci6n de resultados entre los estudios britanicos y los de Estados Unidos relacionados con los medios de percepci6n de un incidente de incendio

Gran Bretaiia

E,U,A

Medio de (porcentaje, (porcentaje, p,) P2) percepcion Vieron llamas 15,0 Olieron 34,0 humo Oyeron 9,0_ ruid9S Oyeron gritos y fueron advertidos 33,0 Oyeron 7,0 alarma 2,0 Otros

N=6

2193

P, ­ P2

SE~,_P2

CR b

8,1

6,9

1,64

4,21c

35,1

1,1

2,27

0,48

11,2

2,2

1,41

1,56

34,7

1,7

7,4 2,8

0,4 0,8

1,20 1,23 0,70

0,33 1,14

569

"Error comun. bProporcion critica. cProporcion crftica (CR) significativa a nivel de 1 por ciento mas de certidumbre.

0

participantes de un estudio britariico l5 y los de un estudio en los Estados Unidos. g El numero de estfmulos se redujo porque el es­ tudio britanico tenia menos categorias, y las respuestas en los Estados Unidos se adaptaron a las categorias britanicas. Hay solamente una diferencia significativa en los medios de percep­ cion entre los dos grupos: IS porciento de los participantes bri­ tanicos percibieron el incendio al observar las llamas, en contraste con 8.1 por ciento de los participantes de los E.UA Un estudio de la NFPA recomendaba un mvel de ruido de los detectores de hurno de 75 dBA, 10 cual indica que las perso­ nas con problemas de audicion, las que toman pastillas para dor­ mir u otros medicamentos pueden requerir un nivel de ruido de los detectores superior a 100 dBA ajustados25 (ver NFPA 72® C6digo Nacional de Alannas de Incendio~.Las lUGes intermi­ tentes 0 activadas son eficientes como senales de incendio en ocupaciones babitadas principalmente por personas con disca­ pacidad aUditiva. 26 La' edicion 1981 de la NFPA 10 I
EI comportamiento humano y el incendio

3-5

El reconocimiento de indicios ambiguos de peligro como senales de emergencia puede ser inhibido por la presencia de otras personas. La identificacion de este fenomeno dio como re­ sultado un experimento con estudiantes umversitarios. 29 Mien­ tras los estudiantes llenaban un cuestionario escrito, el experimentador introdujo hurno en el salon a traves de una pe­ quena abertura en la pared. Si los estudiantes abandonaban el cuarto e informaban sobre el hurno, el experimento se darla por terminado. Si los estudiantes no informaban sobre la presencia del hurno dentro de los 6 minutos signientes almomento en que 10 notaron por primera vez, el experimento se consideraria com­ pleto. Los estu~iantes que estaban solos en el salon informaron sobre el huma en eli5;por ciente de~10s~asQs . .£illllldo dos per­ sonas pasivas, sin compromiso se unian a cada estudiante, sola­ mente el 10 por ciento de enos informaba sobre el hurno. Cuando el grupo experimental estaba formado por tres indivi­ duos ingenuos, solo en el 38 por dento de los grup08 una per­ sona informaba sobre el humo. De las 24 personas involucradas en ocho grupos de personas ingenuas, solamente una informo sobre el burno dentro de los primeros 4 rninutos del experi­ mento. En el caso de una sola persona, 55 por ciento de los in­ dividuos informaron sobre el humo dentro de los 2 minutos siguientes y"'5 por ciento en 4 minutos. EI estudio revelo que la reaccion al hurno fue aparente­ mente demorada por la presencia de otras personas,coh un pro­ medio de 5 segundos para personas solas pero 20 segundos en ambas situaciones de los grupos. Estos resultados indudable~ mente reflejan la cohibicion que las personas aceptan sobre su comportarniento en lugares publicos .. Los comportamientos de las personas desprevenidas en la situacion de complicidad pa­ siva se presento como Los otros nueve permanecieron en la sala de espera mien­ tras esta se llenaba de hurno, trabajando tenazmente en sus cuestionarios, y abanicandose la cara con las manos. EUos tosian, se frotaban los ojos y abrian la ventana pero no in­ formaron sobre.el hurno.29 Seha insinuado que ·alc,tratarde interpretar ~l pot~ncial de emergencia de indicios ambiguos de pe1igro, los individuos se dejan influenciar por las reacciones de otros. Si los otros perma­ necen pasivos y parecen interpretar ia situacion como que no de emergencia, el individuo tiende a modificar su propia inter­ pretacion de acuerdo con la influencia social inhibid~ra.29 Este experimento de comportamiento puede ayu~ a ?~plicar la ~en­ dencia dec1arada por las personas a desatender mdiclOs de pehgro o interpretarlos como no amenazadores cuando estos suceden en lugares donde hay muchas personas, como restaurantes, salas de cine 0 tiendas de departamentos. Estos resultados pueden ayudar a ex~licar las llamadas recibidas por el cuerpo de bo~~eros mi­ nutos y hasta horas despues de que se ha detectado ongmalmente un incendio. En el informe del incendio de Arundel Park,5 algu­ nas de las personas encuestadas informaron que cuando . . ron al vestibulo despues de ver el fuego desde afuera del edlficlO, advirtieron a sus amigos y les sugirieron que salieran, pero estos se rieron y aparentemente ignoraron sus advertencias. La inhibicion social, difusi6n de responsabilidades, y la competencia son los principales responsables de la inhibici6n de

3-6

SECCION 3 •

Comportamiento humanoen emergencias de incendios

un comportamiento adaptable y de asistencia en las emergen­ cias. La inhibicion del comportamiento en las etapas tempranas de incendio, cuando los indicios son relativamente ambiguos, puede conducir a un comportamientoinadaptado de escape por­ que el tiempo disponible para la evacuacion se ha terminado. A veces es dificil hacer que los ocupantes de un edificio 10 evacuen debido a inhibiciones sociales 0 responsabilidades difusas. La tendencia a adoptar las indicaciones de comportamiento de otros esta bien docwnentada en incendios de restaurantes, otras ocu­ paciones de reunion publica y hoteles.

PROCESOS DE DECISION

DEL INDIVIDUO

Se han identificado siete procesos que una persona puede usar al tratar de estructurar y evaluar los indicios de situaciones de amenaza. 30 Seis de estas (reconocimiento, validacion, defini­ cion, evaluaci6n, compromiso y revaluacion) se presentan en la Figura 3.1.1 La septima, una celosia que implica las sucesivas fallas defensivas y una jerarquia de defensas, no es relevante para el proceso de decision en incendios.

Reconocimiento El reconocimiento ocurre cuando la persona percibe indicios que indican una de amenaza de incendio. Los indicios pueden ser muy ambiguos 0 no ser claramente indicativos de un incen­ dio grave. Sin embargo, los indicios generalmente son conti­ nuos de intensidad creciente debido a la dinamica de la prod~ccion de llamas, calor y humo. Tambien se ha informado sobre individuos con predisposicion para reconocer indicios de amenaza en 10 que se refiere a los acontecimientos mas proba­ bles, generalmente en relacion con experiencias anteriores y como undeseo optimista. El aspecto de deseo optimista de la respuesta puede ser el resultado directo del concepto del indi­ viduo sobre su invulnerabilidad personaL 30 ·El reconocimiento dc una amenazaes importantee111a pro­ teccion contra incendios. La accion aplicable involucrada en la iniciaci6n de la alarma de incendio, la evacuaei6n de los ocu­ pantesdeledificio, y laextincion del incendio pueden demo­ rarse 0 posponerse si las personas no perciben los indicies de un incendio. La naturaleza ambigua de los indicios de amenaza de­ muestra que las personas que no tienen educaci6n especializada en prevencion de incendios 0 protecci6n contra incendios yex­ periencia reconocen unicamente grandes cantidadesde humo 0 llamas repentinas 0 amenazadoras como indicaciones de un in­ cendio peligroso.

Validacion La validacion consiste en el mtento de un individuo para deter­ minar la gravedad de los indicios de amenaza, generalmente por verificacion de la naturaleza leve de la amenaza y su improba­ bilidad. Sin embargo, cuando los indicios son muy ambiguos, el individuo trata de obtener informaci6n adicional. En otras pa­ labras, la persona es consciente de que algo est§. sucediendo pero

FIGURA 3.1.1 Procesos de decisiOn del individuo en un incendio

no esta segura exactamente de quc se trata. Este proceso de va­ lidacion se puede realizar preguntando a otros individuos cerca­ nos. Estudios sobre la explosion de una planta de fuegos artificiales en Houston, Texas, demostraron que de las 139 per­ sonas entrevistadas, 85 (6 el 61 por ciento de la poblacion) ob­ tuvieron informacion sobre el origen y naturaleza de la explosion y humo de alguien a quien vieron 0 que llamo por te­ lMono. 31 Se encontr6 que la presencia de otras personas durante el proceso de reconocimiento y valida cion de la amenaza posi­ blemente inhibieron 0 influenciaron las respuestas de compor­ tamiento del individuo.

Definicion La definicion conslste esencialmente en el intento de una per­ sona para relacionar la informacion sobre la amenaza con alguna de las variables, tal como la naturaleza cualitativa de laame­ naza, la magnitud de perdida de la amenaza, y el contexto de tiempo. Elestres y la ansiedad del individuo parecen ser mas graves antes de que este haya determinado la .estructura 0 ficado de la situacion, aunque es obvio que la situaci6n requiere interpretacion. La funci6n del individuo (descrito al final de la secci6n Evaluacion) es uno de los faetores criticos de la situa­ cion, relativos a la personalizaqion de la amenaza y del entomo fisico. Los aspectos fisicos mas importantes en el proceso de de­ finicion son la generacion, intensidad y propagacion del humo, llamas y exposicion termica.

Evaluacion La evaluacion puede describirse como las aetividades cognitivas y psicologicas necesarias para que el individuo I.esponda ante la

amenaza. La capacidad del individuo para redum sus mvelcs de estres v ansiedad se convierte en el factor psico16gico esenciaL En la ;ituacion de amenaza creada por un incendio, la evalua­ cion es elproceso involucrado en la decision de reaccionar ya

CAPITULO 1 •

sea luchando 0 huyendo. Con la evaluacion, se completa la de­ cision inicial-de una respuesta: evidente de comportamientb. De­ bido al ccntexto de tiempo en la generacion y propagacion del incendio, los procesos mentales hasta e illCluso el de evaluacion pueden llevarse a cabo en varios segundos. Simel2 enfatiza la importancia de la percepcion del indivi­ duo sobre el tiempo disponible para la evacuacion 0 para llegar a un area de refugio segUn la suposicion de amenaza de incen­ dio del individuo. Ademas, afirma que el "tiempo disponible percibido" depende de la informacion y comunicacion suminis­ tradas a los ocupantes respecto ala localizacion y desarrollo del incendio. Las variables del entornofisico son una fuente impor­ tante de mformac16npara-las:P"ersonas en el desarrollo depla­ nes de adaptacion, escape 0 defensa. Otras causas determinantes adicionales pueden ser la ubicaciondel individuo en relacion con las rutas de escape, conotras personas, los efectos insoste­ nibles del incendio, y el comportamiento de otros individuos. DuranteJa evaluacion, una persona puede decidir salir del edificio (escapar) 0 usar un extintor portaiil (luchar). Du­ rante este tiempo, esta persona es particularmente susceptible a las acciones y comunicaciones de otros. Por 10 tanto, el indivi­ duo puede emular las reacciones de comportamiento de las per­ sonas que esta viendo, produciendose un comportamiento masivo adaptado 0 inadaptado en lugar de un comportamiento individual selectivo. La siguiente situacion en una agencia de ventas yservicio de automoviles, ocurrida en 1071. demuestra 10 que puede ser un caso de comportamiento de emulacion que se convirtio en el comportamiento normativo del grupO:33 Aproximadamente a las 10 p.m. el cuerpo de bomberos re­ cibi6 una senal de alarma desde una caja de alarma de la calle. Cuando los bomberos llegaron, eledificio de 46 por 61 m (150 por 200 pies), de estructura de madera de una y dos plantas y construccion en bloques huecos estaba com­ pletamente incendiado y cercade 300 espectadores obser­ vaban el incendio a una temperatura de -12°C (lOOP). Una investigacion revelo que el incendio habia ardido aproxi­ map.
EI comportamiento humano y el incendio

3-7

asumir una funcion 0 responsabilidad detenninados pueden ser muy importantes en la formulacion de los planes de defensa 0 escape. Se cree que una persona que desempefia una funcion co­ nocida y que tambien es apta para la situaciones de peligro ex­ perimenta menos ansiedad y reaceiona con un comportamiento mas adaptado que otra persona en una funeion no familiar con­ frontada a una amenaza desconocida. Jones y Hewitf 5 entrevistaron a 400cupantes de un edifi­ cio de oficinas de 27 pisos que habian evacuado durante un in­ cendio. Vale anotar queel incendio sucedio a las 9:00 p.m., cuando el plan de manejo del incendio no estaba vigente debido a la baja ocupacion del edificio.En esta situacion parecia que elliderazgo y la formacion {ie.evacuaci"on delgrupciestaban re­ lacionados con el entrenamiento contra incendios de los ocu­ pantes y sus funciones normales. Los investigadores encontraron que la relacion de las funciones de ocupacion y el liderazgo normal 0 emergente de los ocupantes fueron factores criticos en la evacuacion exitosa, con las siguientes variables: Las caracteristicas sociales y organizacionales de la ocupa­ ci6n, inc1uyendo 10 que una persona sabe (0 cree) de la si­ tuacion, ya sea que la persona este sola 0 forme parte de un grupo, las funciones normales que las personas tienen den­ tro de la ocupaci6n, y la estructura 0 sistema organizacio­ nal. en factor que parece estar relacionado con .[a estrategia de evacuaci6n escogida por el ocupante es la pre­ sencia de liderazgo y la forma que toma este liderazgo. Horiuchi, Murozaki y Hokug036 informaron sobre un cues­ tionario de estudio sobre 458 ocupantes de un edificio de oficinas de ocho pis os involucrado en un incendio. Los investigadores encontraron diferencias significativas entre los ocupantes que es­ taban familiarizados con el edificio y los que asistian a sesiones de entrenamiento que no conocian el edificio, en relaci6n con sus acciones, selecci6n de rutas de evacuaci6n, y eficacia de la salida. Los ocupantes regulares del edificio se ocuparon en las acciones para combatir el incendio y alertaron 0 ayudaron a los otros ocu­ pantes, mientras que los ocupantes no familiarizados con el edi­ fieio se dispusieron principalmentea evacuar.

Compromiso El compromisoconsiste en losmecanismos que usa el individuo para iniciar el comportamiento requerido para cumplir los pla­ nes de defensa conceptualizados durante el proceso de evalua­ cion. Esta respuesta e'fidente ante la amenaza de incendio resulta un exito 0 un fracaso. Si la respuesta falla, el individuo inmediatamente se involucra en el proceso siguiente de reva­ luaci6n y compromiso. Si la acci6n tiene exito, los aspectos de ansiedad y estres de la situaci6n se reducen y mitigan, aunque la gravedad de la situaci6n general del incendio pueden haber au­ mentado.

Revaluaci6n La revaluaci6n y compromiso son los procesos mas estresantes para el individuo porque los intentos de adaptarse a una amenaza han fallado. Asi, se invierte el esfuerzo ll1lis intenso en las re­

3--8 SECC ION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

acciones de comportamiento y el individuo tiende a volverse menos selectivoen la escogencia de respuestas. Al encontrar fa­ nas sucesivas. la persona llega a sentirsemas frustrada. La po­ sibilidad de lesiones y el riesgo seincrementan al aumentar el nivel de actividad pero con menos probabilidadde exito, como se demostro en el incendio del Arundel Park. AlIi aument6 el nfunero de personas que escogieron las ventanas como medio de escape a medida que se fueron IDvolucrando en su segundo in­ tento de escapar. 5 AI analizar elcomportamientode:UIlindividuo involucrado en los procesos dereconocimiento, validaci6n, definici6n, eva­ luacion, compromiso y reconsideraci6n, debe recordarse que estos sonprocesosiliruimic.os. Be.estan modificando const8.l1te­ mente en relaci6n con su magnitud, velocidad e intensidad. Las actividades psicologicas y fisiologicas usuales de una persona probablemente estan por debajo de 10 normal durante el proceso de reconocimiento, cuando el 0 ella se estan concentrando en percibir las senales de ainenaza. Durante el proceso de valida­ cion y definici6n de la amenaza, los miembros adyacentes a la poblacion circunvecina amenazada se comunican publicamente. EI periodo de hiperactividad parece iniciarse durante el proceso de compromiso y se intensifica durante el procesode revalua­ ci6n y compromiso. El estres aumenta con cada etapa sucesiva, mientras que la motivacion principal de la actividad de compor­ tamiento es la reducci6n del <:stres. La apariencia, proximidad, propagaci6n, tiempo, y los gases t6xicos de la amenaza del in­ cendio tambien tiendena predisponer al individuo a un grado mas alto de actividad en el comportamiento, dependiendo siem­ pre de la percepci6n del individuo de estas variables de ame­ naza. Durante el proceso de revaluaci6n y compromiso, el nivel de actividad de individuo puede asumir una forma hiperactiva de actividad frenetica, 0 puede expresarse en un estado catastr6fico de inmovilidad fisica total con perdida de la capacidad para co­ municarse coherentemente. Estas personas parecen percibir la amenaza por encima de su nivel de adaptabilidad. EI estres es demasiado grave, y ellos se rinden por completo. En conse­ cuencia, cesan enel intento de lograr uncomportamiento adap­ table yse. retiran totalmentede la situaci6na traves del mecanismo de retirada psicol6gica.EstasdimimicaR decQn~ ducta se muestran en la Figura 3.1.2. Se ha desarrollado un modelo conceptual delosproceso~ de decisi6n del individuo similar a los conceptos discutidos ante­ riormente. En lugar de los gei>? procesospescritos, sehan usado solamentetres:. (1) reconocimiento!interpretaci6n; (2)compor­ tamiento, ya sea con acci6n 0 inacci6n; y(3) la consecuencia de la accion, que comprende la evaluaci6n yefectoa largo plazo del comportamiento. 7 La evaluaci6n del comportamiento es si­ milar al proceso de revaluaci6n del modele de decisi6n. Tanto .el concepto de reconocirniento/interpretaci6n como el concepto de comportamiento involucran factores cruciales en los procesos de decisi6n. La experiencia y circunstancias inmediatas tienen un impacto en el concepto de reconocimiento/interpretaci6n. Se ha hecho enfasis en que los individuos involucrados en un in~ cendio pueden no saber inmediatamente que estan implicados en un incendio y pueden no saber d6nde se esta desarrollando el il1­ cenillo en relaci6n con su localizaci6n y d6nde estan las rutas de escape. En la Figura 3.1.3 se presenta un concepto de modele del sistema heuristico (experimental 0 provisional).

Amenaza

Probabilidad Naturaleza Perdida Tiempo Escape

Baja Apacible Propiedad Indefinido Segura

.....~~--..,...,..~-~---+I Alta

+----------I-\lot

+----------+'i1id .....--------:------+ .....- - - - - - - - - - - +

Baja Leve~----~~~-----+

FI~URA 3.1.2 Dmamica de actividad del comportamiento del individuo

FIGURA 3.1.3 Modelo preliminar de sistemas heuristicos de comportamiento en incendios

EI modele conceptual que se acaba de describir ha sido mo­ dificado por uno. que involucra tres. fases: {1)detecci6n de in­ dicios, (2) definici6n de la situaci6n, y (3) comportamiento de manejo. Ademas, se han desarrollado causas.tentativas deter­ minantes del comportamiento;' que aumentan la probabilidad de detecci6n y 0 extinci6n del incendio. 37 Proulx38 desarrollo un modelo de estres para demostrarva­ rios niveles de generaci6n de estres en un inillviduo involucrado en el proceso de decisi6n durante un incidente de incendio. La Figura 3.1.4 ilustra este modelo de estres que debe compararse conladinamica de comportamiento de la actividad del individuo en un incidente de incendio presentada en la Figura 3.1.2. El l.ado izquierdo de la Figura 3.1.4 muestra la informacion que el individuo debe procesar; ellado derecho muestra el estado emo­ cional resultante. Proulx describe los cinco ciclos en el modelo de estn5s como sigue:

CAPiTULO 1 •

~

Informacion ambigua Segundo cicio

r;;;:;..

/

/

-,,-,~/

rncertidumbre

'~.@~fjrnitado ~ ·e"gro~

Informacion" --_, ambigua

... 4

Cuarto cicio

Control

/~~ '"

Tercer cicio

'-'~r~b;>/

~/

Miedo

Estres

/~6>~

Informacion -+ ambigua e ....

..

",,_,~~

irrelevante

PreocupaClon

~§~

Y~ /f)efica~

Q",oto ",10

Informacion __ ambigua e ... irrelevante

CaCiq

"<__ ,_~/

3-9

esta sueediendo exactamente, y la apreciacion personal acerca de la eficacia de las acciones ya aplicadas se con­ vierten en infonnaci6n adicional al proceso. 5/El quinto cicio supone una inversion de mayor esfuerzo mental para veneer el problema, reduciendo momentanea­ mente la presi6n sobre elsistema de procesamiento, pero produciendo fatiga e ineficacia manifestadas en un estado de confusion.

~~

Primer cicio

EI comportamiento humano y el incendio

C f . on uSlon

PS = Sistema de procesamiento

Proulx 'sefiala que ta infonnaci6n definitiva, valida e ins­ tructiva que se proporciona a los ocupantes de un edificio en un incidente de incendio reduceeficazmente el estres y, por 10 tanto, tiende a minimizar las demoras en la respuesta creada en el primer y segundo ciclos del modele de estres. Chubb 39 propone que se adppte.e1 modelo de los procesos de decision que los oficiales de los departamentos de bomberos usan en el proceso demanejo de un incidente como el proceso de decision de los ocupantes del edificio en una situacion de in­ cendio. El modelo de decisi6nse desarro1l6 a partir de la teoria de toma de decisiones naturalista, la cual evolucion6 de estu­ dios de los.cuales tomaron decisiones en situaciones complejas donde el tiempo era crucial. variables cruciales de la teotia naturalista de toma de decisiones parecen compartir muchas ca­ racterfsticasambientales y psicologicas de las situaciones de in­ cendio que afectan a los ocupantes de los edificios. Chubb identifica estas variables cmciales:

FIGURA 3.1.4 Modelo de estres de personas en una situaci6n de incendio

1. El primer ciclo empieza con la percepcion de infonnacion ambigua. Esta informaci6n se decodifica. en el sistema de procesamiento (PS en la figura) para interpretacion. Dado que la infonnaci6n disponible puede no pennitir una eva­ luaci6n directa de la situaci6n, la gente al .comienzo va a' minimizar 0 negar la situaci6n. Estas estrategias defensivas de evasi6n llevan a una ausencia de reacci6n. 2. Aunque los ihdividuos~pueden variarconsiderablementeen su apreciaci6ndel :rnismo'evento, la: percepdon repetida de infonnacion ambigua eventualmente generaraun estado de incertidlinibre quehiego va a inducir a unasensacion de es­ tres. Puede tomar tiempo pasarrepetidamente a traves del segundo ciclo. 3. El tercer cidlose re1a:cionaoon lainterpretacion de la situa­ cion como unaemergencia .. La linea mas gmesa alrededor del sistema de procesamiento expresa la presion de la 50­ brecarga de infonnacion que la persona trata de manejar al mismo tiempo. El miedo que la persona siente es la mani­ festacion de una apreciaci6n especifica del ambiente. 4. El cuarto ciclo se relaciona con el procesamiento de infor­ macion irrelevante de la persona y esta representado por la linea muy gmesa alrededor del sistema de procesamiento. Esta infonnaci6n irrelevante crea preocupacion y :mas es­ tres. La informacion irrelevante, creada por la persona, es causada por la preocupacion sobre su propio desempefio para superar la situacion. Las sensaciones percibidas de ex­ citacion y miedo, incertidumbres con relacion a como pro­ ceder con el problema, dificultades para interpretar 10 que

• • • • • • • • •

Metas mal definidas y tareas mal estructuradas Incertidumbre, ambiguedad, e infonnaci6n faltante Metas contradictories y que cambian Condiciones dinamicas y continuamente cambiantes Reacciones a tiempo a condiciones modificadas Estres causado por el tiempo Riesgos altos Metas y nonnas organizacionales Expertos en toma de decisiones

La Figura 3.1.5 ilustrae1 modelo de Decisi6n lmpulsada por el Reconocimiento(RPD) desarrollado por Klein40 a partir de estudios de oficiales del cuerpo de bomberos. Chubb indic6

Presente Entrada sensorial

Futuro Respuesta

"Recognltlon,Primed Decision Model 6 RPD) : Modelo de Decision Impulsada por el Reconocimiento

FIGURA 3.1.5 Modelo de decision impulsada por el reconocimiento (RPD)

3-10

SECCION 3 •

Comporlamiento humano en emergencias de incendios

correctamente la limitacion de este modele aplicado a los ocu­ pantes del edificio: "EUos carecen de capacidad dinamica -en­ trenarniento adecuado y experiencia previa- en incendios en los edificios que tienen los oficiales de bomberos. Lashabilidades estaticas relacionadas con la capacidad mental y fisica de los ocupantes de los edificios tam bien demuestranser mas variadas y lirnitadas que las de los bomberos". Chubb indica que la toma de decisiones exitosa impulsada por el reconocimiento depende del entrenamiento y practica de los planes de proteccion contra incendios de los ocupantes,co,ll el sistema de apoyo de decisio­ nes en el edificio que consiste en senales de salida, ilurninacion de emergencia, y sistemas de comunicacionpor voz.

SIMULACROSDEEVACUACION

DE INCENDIOS

Las salidas bien marcadas no garantizan la seguridad hurnana durante un incendio. Se necesitan simulacros para que los ocu­ pantes sepan como efectuarun escape eficiente y ordenado de acuerdo con NFPA 101, la cual contiene informacion detallada sobre simulacros de evacuacion en ocupaciones individuales. Se requieren simulacros de evacuacion en escuelas, asilos y cen­ tros de acogida, e instalaciones sanitarias, y son comunes en in­ dustrias con riesgo alto. Se requiere entrenamiento y simulacros en ocupaciones de reuniones publicas, hoteles, mercantiles, y grandes oficinas. Se deberia realizar algun tipo de simulacro cuando y donde sea po sible para evitar confusion y asegurar la evacuacion de todos los ocupantes durante un incendio. 80 Debe­ ria asignarse personal que revise las salidas para verificar la dis­ ponibilidad, buscar rezagados, contar los ocupantes una vez que esten fuera del area del i.ncendio, y controlar el reingreso al edi­ ficio antes de que sea seguro. Este comportamiento de reingresocon fines de rescate de personas involucradas en un incidente de inc€:mdio deberia to­ marse en consideracion. En un estudio de 335 incidentes de in­ cendioque invo1ucraron 584 personas, secomprobo que 163 personas, aproximadamehte 28 poI cientcidela jJciblacion del estudio, reingresaron a los edificios incendiados despues de III evacuacion. 8 Aproximadarnente 10,5 por dento de esas perso­ nas que reingresaron a los edificios 10 hicieron para avisar 0 ayu­ dar a otras personas. La determinacion de cuando y area evacuar es proba­ blemente la decision mas importante en una emergencia de in­ cendio. Cualquier area afectadapor e1 calor, llamas, 0 hurno debe ser evacuada; en caso de duda, debe evacuarse todo el edificio. El personal de administracion de prevencion de incendios y control de perdidas es responsable dela planeaci6n de simu­ lacros de evacuacion. Los planes deben discutirse tanto con la adrninistracion a nivel medio como directamente con los res­ ponsables operativos para asegurar su comprension y coope­ racion. Si no hay un jefe de prevencion de incendios y control de perdidas, el gerente de la planta, instalaciones 0 edificio debe asumir la responsabilidad 0 asignar esta a un miembro del personal. Todos los empleados deben reconocer 1a senal de evacua­

. _ - - _.......

cion y conocer la ruta de escape que deben seguir. 81 AI escuchar la senal, eUos deberian apagar los equipos y presentarse en un punto de reuni6n predeterminado. Deben establecerse rutas pri­ marias y alternativas y todos los empleados deben ser entrena­ dos para usar arnbas rutas. 80,82 El problema de las senales audibles de evacuacion es e1 pre­ juicio de la poblaClon dentro de la ocupacion de ignorar la senal debido a numerosas falsas alarmas. La investigacion de un in­ cendio en un edificio de apartamentos demostro que la activa­ cion del sistema de alarmapara iniciar la evacuacion fue ignorada por muchos ocupantes del edificio debido al efecto del prejuicio generado porpurn~rQ.sas falsas alarmas anteriores: 44 por ciento de los ocupantescreyeron que la senal de alarma era una falsa alarma. 83 Cuando los empleados se encuentran reunidos, el gerente 0 supervisor de cada area debe dar razon de todo el personaL Debe informarse inmediatamente sobre todos los empleados ausentes al encargado de prevencion y control de perdidas por incendio y al personal del cuerpo de bomberos para que pueda iniciarse la bUsqueda y rescate. Solarnente debe perrnitirse el reingreso al area evacuada al personal de bomberos entrenado en busqueda y rescate con el equipo de proteccion adecuado. Despues de cada simulacro de escape, se debe hacer una reunion de los jefes a cargo para evaluar el exito del simulacro y para resolver cualquier problema quebubiera podido presentarse. Una mejora significativa para e1 concepto tradicional de los simulacros deincendio en ocupaciones educativas fue sugerida en un estudio sobre simulacros realizado en dichas ocupacio­ nes. 84 Se ha establecido el concepto de simulacros de humo, donde se instruye a los ocupantes para que se desplacen a traves de areas de burno simulado en cuc1illas. Los estudiantes han cambiado el concepto de simulacrosde hurno por incidentes de incendio en ocupaciones residenciales con buenos resultados. Obviamente, la utilizacion de entrenamiento de simulacros de humo puede ser eficaz en un incendio y deberia ser usado cuando sea aplicable. Los horarios de los simulacros dependen de la naturaleza de la operacion en las. mstalaciones ..Generalrnente, se ha compro­ bado que los simulacros realizadosunos minutos antes del re­ ceso para el alrnuerzo minimizan la perdida de tiempo y p;rodllccion. frecu.encia de los simulacros se·debe deterrninar por el nivel de riesgos presentes y la complejidad de los proce­ dimientos de cierre 0 evacuacion. 'Sila instalacion no tieneuna organizacion de seguridad res­ ponsable de la inspeccion diaria de las salidas de emergencia y rutas de evacuacion designadas, se debe asignar un empleado de cada area para esta tarea. Debe darse prioridad al manteni­ miento de puertas, herrajes antipanico, luces de salidas, e ilumi­ nacion de emergencia, y hacer las reparaciones sin demora. Las investigaciones han demostrado que en edificios de ofi­ cinas de varios pisos, un grupo entrenado de guardias de pisos es el medio mas eficaz para sl.lpervisar la evacuacion de los ocu­ pantes. 80 Es necesario el entrenamiento adecuado de los guar­ dias de pisos u otro tipo de personal y debe ser especificamente desarrollado para incluir los procedimientos del plan de eva­ cuacion de emergencia de las instalaciones. Se ha utilizado el metodo de conferencias para trasmitir las caracteristicas esenciales del plan de emergencia a las instala­

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CAPiTULO 1 •

ciones sanitarias. 82 Sin embargo, tambien se encontr6 que el plan de de la instalaci6n en cuesti6n era dernasiado generalizado y ambiguo. El problema mas serio del uso de supervisores en el edifi­ cio es la rotaci6n de personal debido a transferendas, reasigna­ clones, 0 renunciade los empleados. Una planeaci6n y preparaci6n eficaz de la evacuaci6n debe asignar responsabili­ dades especificas a los cargos del personal (mas que a los indi­ viduos) en la organizaci6n. Esto garantiza continuidad del desempefio a pesar de los cambios de personaL Una evaluaci6n de la satisfacci6n y tiempo del comporta­ miento del simulacro de incendio a cargo del personal de seis sa­ natorios concluy6 que un programade entrenamiento tipo mas modesto puede producir cambios en el conocirniento y com­ portamiento de evacuaci6n y en los procedimientos de em.erJ2~en­ cia por incendios. 85 Un total de 339 miembros del personal de sanatorios particulares 0 clfnicas participaron en el estudio que equipar6 un grupo de 37 personas que estaban recibiendo.entre­ narniento con un gropo de control de 49 personas que no recibian entrenamiento. Se tuvo en cuenta el alto indice de rotaci6n de personal, que parece ser tipico de los sanatorios. Despues de la presentaci6n del programa de entrenamiento, los miembros del personal fueron evaluados mediante una prueba escrita de co­ nocimientos, y se observ6 su comportamiento durante la con­ ducci6n de un simulacro del plan de emergencia. La senal de evacuaci6n debe ser conocida por todos los em­ pleados. Los sistemas de alarma por voz (VAS) 80,81 reducen la necesidad de percepci6n y reconocimiento de la senal por los empleados, porque el sistema provee comunicaci6n por voz a las areas designadas para evacuaci6n. NFPA 101 recomend6 ini­ cialmente el uso de VAS en ocupaciones para reuniones publi­ cas en 1981. Una evaluaci6n de los sistemas VAS en nueve edificios demostr6 que la familiaridad con el sistema 0 puesta en marcha iuicial no afect6 significativamente el comportamiento de salida de las personas. 80 Ademas, la investigaci6n detennin6 que los sirnulacros de evacuaci6n eran valiosos porque les daba a los guardias del area 0 piso la oportl:lriidad de ensayar sus pro­ cedimientos. Se recomiendael uso de un tone de alerta para el VAS antes del anuncio oral en el range de 2000 a 4000 Hz., que sea espe­ cial para 1a audiencia y la IDstalaci6n. 80,86

Simulacros en Instalacion.es Sanitarias Los simulacros en instalaciones sanitarias se realizan usual­ mente como parte del programa de orientaci6n para los emple­ ados nuevos.Luego, los simulacros se comp1ementan con entrenamiento para el personal administrativo enservicio, in­ c1uyendo los procedimientos de emergencia. En muchas insta­ laciones, los simulacros de incendio se Bevan a cabo mensualmente en cada tumo. El entrenamiento nonnalmente implica instrucci6n y practica para el personal en los diferentes medios de traslado de pacientes no ambulatorios, procedimien­ tos para alertar al personal de la instalaci6n, y el metodopara no­ tificar al cuerpo de bomberos. Una 0 dos veces al ano, muchas instituciones hacen que el cuerpo de bomberos provea entrena­ miento sobre el manejo de los extintores porrntiles de incendio.

EI comportamiento humano y e/ incendio

3-11

Algunos cuerpos de bomberosofrecen personal con experiencia en la operacion de extintores en incendios -exteriores. Sin embargo, la mayona de las instalaciones sanitarias pre­ fieren entrenar a su personal. La mayona adopta la filosofia
Evaluaci6n de los Planes de Evacuaci6n de Incendio La eva1uaci6n esencial de los planes de emergencia yevacua­ cion de incendio tiene dos factores: (1) el desempeno de los ocupantes en un incidente·de incendio, y (2) la efictividad de los comportamientos usados de acuerdo. con los simulacros de in­ infomlesobre el incendio cendio 0 el plan de emergencia. del World Trade Center,Tllos ocupantes dele.dificio trataban de verificar sus ideas sobre la amenaza deincei:idio por medio de indicios fisicos, especialmente de humo en el area de los ocu­ pantes. El informe tambien revel6 que los mensajes dirigidos al publico no fueron suficieptes paraaligerar la evacuaci6n espon­ tanea cuando los ocupantes vieron hurno en su piso. Mas tarde, se infonn6 que la evacuaci6n de los ocupantes (Pisos9 a 22) se debi6 a la percepci6n y preocupaci6n de que una amenaza va­ lida de incendio existfa. En realidad, el incendio no requena una evacuacion tan grande. Se inform6 sobre la evacuaci6n exitosa del personal de los dos pisos por encima y por debajo del incendio en el donnitorio de una universidad de 28 pisos. 90 Para permitir el flujo 1ibre de evacuaci6n de los ocupantes escaleras abajo y pennitir que el personal del cuerpo de bomberos subiera por las escaleras, se ha­ bian marcado las escaleras para el desplazamiento de los bom­ beros y de los ocupantes. La escalera para el cuerpo de

3-12

SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

bomberos tenia un circulo rojo, de 152 rum (6 pulgadas) de dia­ metro, en Ia puerta, yse .utilizaba tambienpara ventilaci6n. La escalera para ocupantes estaba rnarcada con un circulo verde de 152 rum (6 pulgadas) de diametro. En Ia evacuaci6n segura durante el incendio de un hotel de varios pisos COIl 190 huespedes, 110 fueron asistidos por el cuerpo de bomberos. El exito de Ia evacuaci6n fue posible gracias al co­ nocimiento sobre seguridadcontraincendios de los empleados del hotel y ala pnictica de los procedirnientos de evacuaci6n. 91

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mgt

~--~

............­

-

....

~--.

CAPiTULO 1 •

EI comportamientohumano yeJincendio

3-13

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3-14

SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

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consUlta defog

La sigulentescodigos, normas ypr:icticas recomenda­ das de la NFPAproporcionara informacion adicional sobre el compor­ tamiento humano y e incendio discutido en este capitulo. (Vease la ultima version del CataJogD de la NFPA para la disponibilidad de edi­ ciones corrientes de 10 siguientes documentos.) NFPA 72®, National Fire Alarm Code® NFPA lOl®, Life Safety Code®

Revisado por

Rita F. Fahy

.. L

.aevaluaCiOOdelmP royectodemgenieriacreqUierelac.om­ paracion equilibrada de las condiciones de incendio pre­ vistas y las predicciones reales de evacuacion. Durante los ultimos alios, los .ingenieros de proteccion contra incendios han trabajado y desarrollado confianza en una serie de metod os de c8.lculo pam la prediccion de condiciones de incendio. En los ul­ timos afios, los investigadores que trabajan en el area de compor­ tamiento humano en..incendios hall comenzado a progresar en la recoleccion de informacion necesaria para este analisis y en el de­ sarrollo de herramientas para pronosticos, comparables a aquellas que se usan para predecir el crecimiento y propagaci6n de incen­ dios y sus efectos. Los cOdigos de edificaci6n y de incendios basados en el de­ sempefio perrniten a los disefiadores usar materiales de construc" cion y conceptos innovadores que con frecuencia no son aprobados o perrnitidos en los c6digos prescriptivos existentes, los cuales pue" den producir mayor costo"efectividad y disefios creativos. Pero esta apertura a la innovaci6n requiere que el disefiador demuestre que el diseno es seguro. Pam que un disello sea considerado como "se" guro",el disefiador debe demostrar que el tiempo necesario para tmsladar a las personas a un Iugar segura sera menor que el tiernpo previsto para que los efectos del incendio tengan un impacto po­ tencialmente letal sobre cualquier ocupante. Tiempo disponible pam el escape> Tiempo necesario para escapar EI disefio de seguridad contra incendios es un problema de dos caras que requiere que los ingemeros de protecci6l1 contra in­ cendio y las entidades competentes tengan conocimiento del uso de los modelos de incendio y delas salidas, asf como de los mo­ delos de comportamiento humano.Actualm.ente,lps ingenieros de protecci6n contra incendios estan muy bien entrenados para predecir el crecimiento de un incendio y lapropagacion de ema" naciones del fuego en una estructura. El enfoquedel disefio de seguridad contra incendios parece favorecer esta parte del pro­ blema de seguridad contra incendios. Pero es crucial que nunca se subestime 0 defraude la complejidad e importancia de los componentes egreso/comportamiento y que se mantenga el equilibrio entre ambas partes. Por su parte, los inspectores de construcci6n y de incendios CIa comunidad ejecutiva) necesitaran evaluar los disefios presen" tados en sus jurisdicciones donde utilizan varios modelos com­ putarizados u otros metodos de ca1culo para demostrar tanto el tiempo necesario como el tiempo disponible para evacuaci6n de los ocupantes. Ellos pueden necesitar una sobre como juz-

Rita F. Fahy es jefe del banco de datos y sistemas de la NFPA.

gar la.idoneidad
COMPONENTES DEL TIEMPO

DE EVACUACION

El tiempo de evacuacion de un individuo es ellapso que trans" CUITe desde la 19nici6n del incendio hasta que e1 ocupante sale del seguro. Este consta de cuatro partes, edificio 0 llega a todas deben tenerse en cuenta:

un

• • • •

Tiempo de notificaci6n Tiempo de reacci6n Tiempo de actividad previa a la evacuaci6n Tiempo de desplazamiento 0 movilizaci6n

Los tres primeros componentes se agrupan frecuentemente y se conocen como "tiempo de retrazo" (0 demora) 0 "tiempo movi­ lizaci6n previa". T= Tiempo T. de evacuaci6n = T. de retraso + T. de desplazamiento T.de notificaci6n +T. de reacci6h +T. de aet:i\1dad previai laevacuacion + T. de movilizaci6n Es muy importante que los ingenieros no subestimen la contri­

bucion que el tiempo de retrazo puedebacer al tiempo total de

evacuaci6n. Los estudios de simulacros de evacuacion en edi­

ficios de apanamentos han demostrado que, en promedio, el

tiempo de desplazamiento corresponde a menos de 25 par ciento

del tiempo promedio total de evacuaci6n 1• Sin embargo, en eva­

cuaciones de oficinas, los tiempos de espera pueden ser muy

breves, y la mayor parte del tiempo total de evacuacion se debe

al tiempo de movilizaci6n. Por 10 tanto, la seleccion, estima"

. cion, 0 calculo de tiempos de movilizaci6n previa es extrema"

damente importante para obtener resultados validos.

Tiempo de Notificaci6n En la evaluacion del proyecto de ingenieria de un edificio, el tiempo de evacuaci6n empieza cuando ocurre la ignici6n. Pa­ sara algitll tiernpo, el tiempo de notificaci6n, antes de que las

3-15

3-16 SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

condiciones se desarrollen QaJjta elpunto donde suenela alarma oaol1deJas persollGlsempieceti apel:cibitlos indicios del incen:' dio. Los indic ios de incendio que llegan a los ocupant¢s puedefi : ser la visi6n u olor a bUmo, calor, visi6n de lla:mas"sonidode . vidrios que se rompen, 0 el sonido de una sefh;~14e'alarpia{ie humo, de un detector de calor, 0 un sistema de 16Ciidores: 'EI tiempo de notificaci6n puede ser modelado, 0 podria calcularse si es necesario u~ando un. crjterio pnictico. Se pueden usar mode1os de desarrollo de incendio y trans­ porte de burna con modelos de activaci6n de detectores/rocia­ dores para ca1cular este periodo. Algunos modelos que pueden usarse incluyen elASET2, que caleula la temperatura y posici6n detacapadehumnenelrecintode origen delincendio;D& TACT3, que mode1a la detecci6n de incehdios y activacion de rociadores; 0 el BREAKI 4 , que calcula el tiempo hasta que se rompen los vidribs*.l

hasta el momento en que empieza el desplazamiento hacia 1a sa­ lida. Mas ade!ante, en estecapitulo se presentara parte dela in­ ifG:rm~ci6ri.' sobre demomsPrevias. a.la.. ~vacuaci6n,optenida a . 'partirde estudios de comportamiento posteJior al incendio y si­ mulacios de·evacuaci6n.

Tiempo de Desplazamiento El tiempo de desp lazamiento es el componente final en el cal­ culo del tiempo de evacuacion. Se define aqui como el tiempo para trasladarse hasta un lugar seguro. Hay varias tecnicas de caleulo 0 estimaci6n disponibles para el tiempo de desplaza­ IDlentO: ..Algunos' IiietoQossencillos' det~1Cutb ~s:e 'pueden contrar en FPEtoo15 , disponible en el National Institute Standards and Technology (NIST) en los Estados Uriidos. Estos se basan en algunos de los metodos de ca1culo manuales que se describen mas adelante en este capitulo.

Tiempo de Reacci6n El tiempo de reacci6n es el tiempo que Ie toma a un ocupante percibir la alarma 0 indiciodeincendio y decidirse a proceder. Por ejemplo, si la persona esta dormida cuando suena la alarma de humo, Ie tamara algun tiempo despertarse, identificar el so­ nido como la alarma de bumo, y decidirse a salir. Actualmente no existe una tecnica de modeladopara el tiempo de reacci6n que sea generalmente aceptable. El tiempo usado en el analisis puede depender de observaciones (datos) obuen criterio. EI tiempo de reacci6n adecuado dependent de si la persona esta despierta 0 dormida, de su capacidad de escuchar, capacidad mental, edad (be be, nifio, adulto), etc. .

Tiempo de Actividad Previa a la Evacuaci6n El tiempo de actividad previa a la evacuaci6n incluye el tiempo que transcurre mientras el ocupante se esta preparando pant salir o buscar refugio. Las actividades previas a la evacuacion inclu­ yen todas las actividades en las que e1 ocupante se ocupara desde el momenta en que 61 0 ella toman la decisi6n de salir hasta el mo­ mento en querealmente empie:z;an a desplazarse hacia una salida o area de refugio. Estas actividades pueden variar segun el tipo de ocupacion. Por ejemp10, los ocupantes de hoteles podrian de­ tenerse para empacar sus maletas antes de salir de sus habitacio­ nes, mientrns que los emp~eados de oficinaspueden tomarse tiempo paraapag!ir los equipo;; y cerrar los archivos.En una ins­ talacion industriaJ, puede haber un pr9cedimiento que debe separa el cierre seguro de las operacioues de 1a planta. En cierto grado, las actividades previas a la evacuacion pueden re­ ducirse 0 eliminarse por medio de instrllcci6n 0 entrenamiento. Lo mismo que el tiempo de reaccian, generalmente no hay tecni­ cas de modelado aceptadas disponibles para e1 tiempo de activi~ dad previa a la evacuacion, y el tiempo que se usa en un analisis puede depender de observaciones (datos) 0 el buen criterio. Realmente, los tiempos de reacci6n y de actividad previa a la evacuaci6n con frecuencia se consideran conjuntamente. En los ejercicios de recopilacion de datos, genera1mente no es po­ sible separar los dos componentes de tiempo, y los resultados se danin como un solo tiempo combinado desde la notificaci6n *La menci6n de estos modelos no representa 0 impJica una aprobaci6n de los modelos 0 las organizaciones que los desarrollan.

TIEMPO ESTIMADO DE EVACUACION Para el modelado de evacuaciones, se necesita cierto tipo de in­ formaci6n, ya sea como entrada de datos del modelo 0 como consideraciones para que disefiador establezca un aualisis del disefio de constrllcci6n ..Una categoria importante de datos que domina los componentes de lao evacuaci6n es la de los factores de ocupacion. Los factores de ocupaci6n incluyen las caracte­ risticas de las personas quienes, segun se espera, ocuparian la edificaci6n ya sea permanente 0 transitoriamente. Estos facto­ res incluyenedad, agilidad, compromiso en la tarea a mano, fa­ miliaridad con el edificio, grado de entrenamiento sobre que hacer en y muchos otros. Mas especificamente, para ealcular el tiempo de evacua­ eion se necesita informaci6n sobre tiempos de espera y tiempos de desplazamiento pant diferentes tipos de ocupaciones. Que tipo de demoras deberia esperarse y cuanto tiempo van a durar, es con frecuencia una funci6n de las caracteristicas de los ocu­ pantes. Asi mismo, los tiempos de desplazamiento seran afec­ tadospor las caracteristicas de-los ocupantes ..

Factores Relacionados con

los Tiempos de Espera

Los tiempos de espera,conocidos tambien como tiempo de des­ plazamiento previo, tiempo de reacci6n inicial, D tiempo para empezar, pueden duntr desde po cos segundos hasta varios mi­ nutos 0 mas. Es importante r~cordar que durante este lapso de espera, las personas puedenestar sencillamente ignorando los indicios, 0 pueden estar dedicadas ala actividad previas ala eva­ cuacion como se ha discutido al comienzo. Seglin 10 descrito an­ teriormente, el tiempo de demora incluye el tiempo de notificaci6n, tiempo de reacci6n, y tiempo de actividad previa a la evacuacion. Varios factores pueden producir variaciones en los tiempos de espera. Estos factores, que tambien estan relacionados con las caracteristicas de los ocupantes, incluyen: • Efectividad de los diferentes indicios • Efectividad del entrenamiento

CAPiTULO 2 •

• Hora del dia, clima, etc, etc. Los dispositivos de alarma utilizan diferentes sonidos y, como resultado, puede haberconfusi6n entre los ocupantes del edificio en cuanto a cmil esel sonido que estan escuchando. Y la alanna por SI misma no da informaci6n a las personas sobre las .accio­ nes que deberian tomar. Cuando los ocupantes del edificio oyen unaalarma, l,sabran sLes una.alanna contra ladrones 0 de incen­ dio?l,Sabran si deberian evacuar, 0 esperar instrucciones? Por otro lado, los sistemas de comunicacion por voz pueden trans­ mitir informacion a los ocupantesdeledificio y pueden reducir los tiempos de espera diciendole a las personas cuiil es la situa­

ci6n,qu&.se-espera"ql:lt?eHos..Jiagany'c@ffi6debenhacerloc"'· '.". Se ha demostrado en los estudios que el entrenamiento re­ duce los tiempos de demora6 , Se puede esperar que los ocupan­ tes entrenados de un edificio sepan donde estan las salidas mas cercanas, que deben ser capaces de reconocer la senal de alarma y saber que hacer, y pOdrla esperarse que tengan tiempos de re­ traso mas cortos. En edificios como teatros y centros comercia­ les, donde no se espera que los ocupantes esten familiarizados con las alarmas y salidas, el personal de empleadosentrenado puede reducir significativamente los tiempos de retraso al orien­ tar a losocupantes hacia las salidas mas cercanas inmediata­ mente despues de escuchar la senal de evacuacion. La hora del dia y el clima pueden tener impacto en las dila­ ciones previas a1 desplazamiento. Las personas pueden estar re­ nuentes a salir del edificio durante una tormenta, en clima frio, 0 durante la noche. Las personas pueden necesitar tiempo adicio­ nalen inviemo para vestirse y vestir a los ninos con ropa abrigada. Varias caracteristicas de los ocupantes pueden tambien afectar los tiempos de demora. Las personas con discapacida­ des auditivas pueden no escuchar 0 interpretar el sonido de una alarma tan rapidamente como aqueUas sin discapacidad. Las personas con discapacidades de movilidad pueden ser mas len­ tas en prepararse para evacuar 0 trasladarse a otro sitio en el edi­ ficio. Las personas que estan absortas en una actividad pueden estar muy concentradas para ofr las alannas 0 advertencias de otros ocupantes, y pueden ser reacias adejar 10 que estan ha­ ciendo para tomar medidas protectoras.

Informacion Disponible sobre Tiempos de Espera (Demora) Hay dos fuentes principales de informacion sobre tiempos de espera: los cuestionarios de la encuesta de opinion despues del incendio y las observaciones en cintas de video de los simula­ cros. Cada metodo de recopilacion de datos tiene sus propias ventajas y desventajas. Los cuestionarios despues del incendio proveen un metodo para recopilar informacion de incendios re­ ales. Sin embargo, es muy dificil que las personas calculen con precision la duracion de los eventos pasados, especialmente de eventos traumaticos. Otro problema es la subjetividad de las ob­ servaciones. Por ejemplo, cuando se pide a las personas descri­ bir el espesor del humo a traves del cual pasaron 0 la duraci6n de los eventos, con frecuencia hay una gran disparidad en las descripciones entre personas que estaban en el mismo espacio al mismo tiempo. La observaci6n de videocintas permiten recoger limites de tiempo muy precisos, densidad de ocupaciones, y flu­ jos de desplazamiento por corredores y puertas; sin embargo, los ocupantes del edificio no est{m actuando bajo ninguna ame­

Metodos de ca/cu/o para predicci6n de 1a evacuaci6n

3-17

naza, y no es claro hasta que punto las observaciones de un 8i­ mulacrode incendio proporcionen un buen calculo de tiempos de esperao velocidad de desplazamiento en incendios reales. Gn tercermetodo alternativo mencionado recientemente es el uso de grabaciones de video de las camaras de seguridad que e8tan funcionando durante un incendio. Aunque se ha mencio­ nado la existencia de estas grabaciones, todavia no hay literatura de analisis sobre las cintas. Hasta que existan model os de comportamiento que pueden predecir con exactitud las actividades y comportamientos de los ocupantes antes de empezar a salir de un edificio, sera necesa­ rio que :e1 disefiador que evallia el proyecto de ingenieria provea unoalcalo ~stimativo,deltiempo ,.que-esas actil,lidades . requeri­ ran, Aunque no existe todavfa una base de datos de "valores aceptados", hay literatura7 disponible conresfunenes de tiempos de espera observados en varios sirnulacros de evacuacion e in­ cendio reales. Uno de estos informes de sumarios esm basado en cinco es­ tudios de casos que involucraban dos conjuntos de simulacros de evacuaci6n en edificios de apartamentos, un conjunto de ma­ niobras en edificios de ()ficIDas, un incendio real de un edificio de apartamentos y un incendio en un complejo megaestructu­ ralB• Los cinco estudios son parte de unproyecto de recopilacion de datos en curso para el.desarrollo de un modelo de riesgos de incendio del National Research Council ofCanada. Estos estu­ dios descubrieron una gran variedad de tiempos de espera que pueden ocurrir e indican algunos de los factores que pueden pro­ ducir lasdilaciones 0 demoras. Los tiempos observados en estos estudios no se pueden tomar litera1mente como los tiempos "C(1)­ rrectos" que el disefiador deberia usar, sino que proporcionan indicacion de la variedad de tiempos que existen en situaciones de la vida real. EI factor principal influyenteen los tiempos de espera du­ rante los simulacros de evacuacion fue la audibilidad del sis­ tema de alarma. Los simulacros de evacuaci6n en edificios de apartamentos mvieron lugar durante dos proyectos de investi­ gaci6n y comprometieron siete edificios de mediana y gran al­ tura.En los dos edificios de mediana altura donde e1 desempeno de los sistemas de alarma se describio como "bueno", el tiempo promedio de los ocupantes para comenzar la evacuacion fue de 2,82 minutos. En los dos edificios de apartamentos de altura mediana donde el desempefio de los sistemas de a1arma se des­ cribio como "malo", el tiempo promedio de espera aumenro a 8,92 minutos. El desempefio del sistema de alarma en dos de los edificios de apartamentos de gran altura fue descrito como "bueno", pero el tiempo promedio de espera en esas evacuaciones fue diferente: 2,80 minutos en uno y 5,3f minutos en el otro. Esta discrepan­ cia destac6 otro factor que puede afectar significativamente el tiempo de demora: el clima. Como estaba nevando en el mo­ mento de las maniobras de evacuaci6n en uno de los edificios, los ocupantes se tomaron el tiempo para abrigarse antes de salir de sus apartamentos, sumando aproximadamente 2,50 minutos al tiempo promedio de espera. En general, en los simulacros de apartamentos, e1 tiempo promedio de espera mas corto para un edificio fue 2,50 minutos y el mas largo fue 9,70 minutos. Cla­ ramente, el tiempo de demora escogido por un disefiador en el caleulo del tiempo total de evacuacion puede afectar enorme­ mente el resultado [mal y se debe escoger con cuidado. Los tiempos cortos de demora observados en los simula­

3-18

SECCION 3 •

Campartamienta humana en emergencias de incendias

cros de evacuacion de los dos edificios de oficinas demostraron el efecto combinado de "buenas" alarmas, entrenamiento de los ocupantes, yel uso de guardias paraayudar en la evacuacion. Los tiempos de espera en las dosmaniobras promediaron 0,60 minutos y 1,05 minutos. Las actividades sobre las cuales se ha informado mas fre­ cuentemente en los cuestionarios despues de un simulacro son: recoger objetos de valor, vestirse, y notificar a otms. A estas ac­ tividades, los participantes en simulacros residenciales afiadie­ ron: examinar el corredor, buscar a los nin~s, buscar a las mascotas, y t:rasladarse albalcon. El disefiador de un edificio debe ser cuidadoso enel uso de datossobre ctiempos deespera· de los simulacroscdeevacuacion como input para un modelo de evacuacion, ya que los simulacros pueden subestimar la cantidad de tiempo de demora de un ocu­ pante. Aunque podria esperarse que los ocupantes se movieran mas rapidamente en un incendio real, con frecuencia setoma mas tiempo, mientras los ocupantes tratan de poner en orden los indi­ cios ambiguos y deterrninar si necesitan realmente actuar 0 no. 9 Un estudio de comportamientohumano posterior al incendio produjo evidencias importantes sobre el hecho de que la evacua­ cion podria tomar mas tiempo en un incendio real que en un si­ mulacro. Una manana de invierno, un incendio comenzo en el quinto pisodeun edificio de 30 pisos aproximadamente a las 5:00 a.m.. Seis ocupantes del edificio murieron en dos pozos deesca­ lera mientras trataban de evacuar. Los ocupantes del edificio que participaron en esteestudio llenaron los cuestionarios 2 6 3 se­ m.anas despues del incendio. Debido al tiempo transcurrido entre el incendio y la encuesta, los ocupantes frecuentemente redonde­ arDn los tiempos que informaron, pero, atmasf el esmdiopropor­ ciono informacion importante sobre las variaciones de tiempo entre distintas actividades y eventos. Aunque quienes respondie­ ron en este estudio reportaron demoras al inicio de Ia evacuacion que iban de 0 a 12 horas, casi la mitad de los ocupantes trato de salir dentro de la primera hora de haberse enterado del incendio. Y como ninguno de los que se enconraban mas arriba del piso del incendio, quienes empezaron a evacuar despues de las 5:30 a.m., fueroncapaces de llegar ala planta baja por simismos, las acti­

vidades de los ocupantes durante la primera hora fuemn las mas interesantes. El tiempo promedio de espera de los ocupantes que empezaron a evacuar a primera hora file de 10,50 minutos. El estudio del comportamiento humano de lamegaestruc­ tura involucrada en la explosion e incendio que afect61as dos to­ rres de 11 0 pisos del World Trade Center de Nueva York en 1993. Los ocupantes del edificio habian side entrenados, 10 mismo que los ocupantes en los simulacros de oficinas mencio­ nados previameme, pero en este caso habian sido entrenados para esperar instruccionesen sus pisos respectivos. Como e1 centro de control de emergencias fue destruido en la explosi6n, el sistema de alarma de incendio nosono y no se transmitiemn mensajes;-J:,osooupantesse'vieronf1}rzadosa-confiar'enindicios ambiguospara aIertar sobre el incidente. Como la explosion fue mas cercade la base de una torre, los indicios en esa t~rre eran un pocomenos ambiguos que en la otra. Los tiempos de espera informados.en la torre mas cercanaala explosion fiuctuaron de oa 4,08 horas, con 'untiempo promedio de 11,03 minutos y un tiempo medio de 5,00 minutos. En la otra torre, los tiemposde espera fiuctuaron de 0 a 3,08 horas, con un tiempopromedio de 25,40 minutos y un tiempo medio de 1O,00minutos. Es necesario reunir informacion adicional antes de que exista una base de datos que proporcione ca1culos precisos ade­ cuados para usardirectamenteen la modelacion de evacuaciones. Sin embargo,estos estudios ilustran la variac ion que existe en los diferentes tiposde ocupaciones, entreocupaciones del mismo tipo y entre simulacros eincidentes reales, 10 mismo que el papel de la efectividad de las alarmas, el entrenamientoyel clima. Es importante mencionar que los tiempos de demora des­ critos aqui son tiempos promedio. La distribuci6n de los tiem­ pos de demora que se muestran en la Figura 3.2.1 es !ipica, con la mayoria de tiempos relativamente cortos, pero con una larga cola que puede extenderse hasta el infinito (representando los ocupantes que nunca salen del edificio durante e1 incidente). La informacion en la Figura 3.2.1 proviene de un simulacro de in­ cendio en una tienda de departamentos de un solo pis0 6• El in­ geniero de proteccion contra incendios 0 el disefiador del edificio deben tener en cuenta la distribucion real de tiempos
14

12

10 <1l 8 'u c

OJ

::::J

U

OJ

U:: 6 4

2

Tiempo (minutos)

FIGURA 3.2.1 Tiempas experimentales y teoricas de desp/azamienta previa en evacuacion de tiendas por departamentas.

CAPiTULO 2 •

Metodos de calculo para predicci6n de la evacuaci6n

3-19

~"--="...=

TABLA 3.2.1 Tiempos de espera (minutos) originados por los incendios reales simulacros de evacuaci6n reportados en la literatura mencionada Descripcion del evento Hotel alto 10

N

Min

1er Q

Median

3erQ

Max

Medio

536

0

3,3

60,0

130,9

290

n/aa

47

0

2,0

5,0

17,5

120

n/a

85

0

2,0

5,0

10,0

245

11,3

46

0

4,5

10,0

31,5

185

28,4

107

1,0

1,0

1,0

1,0

12

0,5

n/a

1,0

92

0

0,4

0,6

0,8

<4

0,6

161

0

0,5

0,9

1,4

<5

1,1

0,2

0,3

0,5

Hotel alto 11 Edificio de oficinas alt012 Edificio de oficinas alt0 12 Edificio de oficinas alt0 13 -6,0

n/a

Edificio de oficinas alt0 14

Edifico de oficinas mediano 15 Edifico de oficinas mediano 15 Tienda por departamentos, 1 piso 16,17 Tienda por departamentos, tres pisos 17 Tienda por departamentos, un piS0 17 Tienda por departamentos, un piso17 Edificio de apartamentos alt0 18

Edificio de apartamentos alt0 19 Edificio de apartamentos alto 19 Edificio de apartamentos alto 13

_._,-"_._<-" ".-.

l

Edificio de apartamentos median0 20 Edificio de apartamentos median0 20 Edificio de apartamentos median0 20 Edificio de apartamentos median0 20 Instalaciones de entrenamient0 21

95

n/a

2,3

1,2

0,9

0,4

122

0,05

n/a

n/a

n/a

1,6

0,6

122

0,07

n/a

n/a

n/a

1,7

0,5

71

0,03

n/a

n/a

n/a

1,0

0,4

n/a

0

n/a

n/a

n/a

219

0

n/a

187,8

n/a

33

0,3

0,8

1,3

4,4

10,2

2,8

93

0,4

1,5

3,6

6,9

18,6

5,3

27

1,0

2,0

8,0

14,0

>20

42

0,6

1,0

1,4

3,0

>14

2,5

55

>0,5

1,6

4,4

13,5

>21

8,4

77

>0,3

1,9

7,7

19,1

>24

9,7

80

>0,3

1,2

2,5

3,7

>12

3,1

566

<0,2

0,7

1,1

1,5

>5

n/a

720

10,5

190,8

n/a

n/a

Factores Incendio Grand Hotel MGM, no­ notificaci6n de alarma, datos de cuestionarios Incendio Hotel Hilton Westchase, no alarma en etapas iniciales, datos de cuestionarios Explosion e incendio, World Trade Center, no alarma (edificio cercano a la . 'explosi6n) Explosi6n e incendio, World Trade Center, no alarma (edificio alejado de la explosi6n) Incendio, no alarm as, datos de entrevistas con ocupantes de cuatro pisos del edificio (11 entrevistados estaban atrapados) Simulacro no anunciado en tres pisos; datos de primera persona en lIegar a cada una de cuatro puertas de escaleras para esperar instrucciones de voz; datos de videos Simulacra no anunciado; buen desempefio dealarma; guardas de incendio; dia calido Simulacro no anunciado; buen desempefio de alarma; guardas de incendio; dia frio Simulacro no anunciado; personal entrenado; tiempos segun analisis de videocintas Simulacro no anunciado; personal entrenado; tiempos segun analiSis de videocintas Simulacro no anunciado; personal entrenado; tiempos segun analisis de videocintas Simulacra no anunciado; personal entrenado; tiempos segun analisis de videocintas Incendio de Forest Laneway; ocupantes que intentaron evac~a.r,El~ laiJrimera h~ra, segun respuestas de cuestionarios Incendio de Forest Laneway; todos los ocupantes Simulacra no anunciado; buen desempefio de alarma Simulacra no anunciado; buen desempefio de alarma; nieve copiosa durante simulacro Incenpio en la manana temprano; alarma funcion6; menos de la mitad de ocupantes evacuaron Simulacra no anunciado; buen desempefio de alarm a Incendio no anunciado; desempefio pobre de alarma Incendio no anunciado; desempefio pobre de alarma Incendio no anunciado; buen desempefio de alarma Prueba de personas dormidas en un centra de entrenamiento

an/a: no reportado,

----------------------

"

3-20

SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

espera al evaluar un proyecto de ingenieria. Como se menciono anteriormente, parte de la informacion recopilada se ha resumido en un documento reciente que propo­ nia una base de datos sobre velocidad de desplazamiento y datos de tiempos de espera 7• Los datos de tiempos de espera de ese do­ cumento se pueden encontrar en la Tabla 3.2.1. Los estudios re­ presentados en esta tabla involucraban hoteles, edificios de oficinas, tiendas de departamentos,. y un centro de entrenamiento. Se aconseja al usuario consultar los documentos de origen para ver el contexto completo dc los experimentos e incidentes antes de aplicar 105 datos a su proyecto, de 10 contrario, se perdenin di­ ferencias importantes entre las evacuaciones que dieron a la informaciony el disefio que"eesta'evaluando; y el aruilisis re­ sultante podna ser totalmente errado.

. Factores Relacionados con el Tiempo de Desplazamiento El tiempo de desplazamiento es una funcion de la velocidad de desplazamiento y la distancia hasta la salida y varia entre los ocupantes. Los modelos de evacuacion manejan el caleulo de tiempo de desplazamiento de varias maneras. Algunos modelos de evacuacion requieren que el usuario establezca una velocidad de desplazamiento que se aplique a todos los ocupantes durante la evacuacion, pero este metodo no toma en cuenta el efecto de aglomeracion que retrasa la velocidad de desplazamiento de los ocupantes y aumenta su tiempo dedesplazamiento y el tiempo total de evacuacion. Otro problema es que la velocidad uni­ forme de desplazamiento no tiene en cuenta las diferentes habi­ lidades de los ocupantes del edificio. EI tiempo de desplazamiento es en cierto grado funcion de la eleccion de sa­ lida, porque la eleccion de salida determina la distancia de des­ plazamiento. Puede que los edificios esten disefiados con salidas multiples con la esperanzade que las personas usen la mas cercana en una emergencia y, de ese modo, reducir su tiempo de evacuacion. Sin embargo, se ha demostrado muchas veces 'que la gentetiende ausar la salida con la que esta mas fa­ miliarizada, aunque haya una salida de emergencia mas cer­ cana. 22 Sin entrenamiento, 0 instruccion de empleados '-'U'U."'iU~'V~, puede que no sea apropiado asumir que las personas vayan a tomar el camino mas corto para salirael edificio. Otras caracteristicas de losocupantes afectan tanto los tiem­ pos de espera como de'desplazamiento, pero hasta hace muy poco muchos de los datos necesarios para calcular sns efectos, no estaban disponibles.Una ca~cteristica importante para la que no habia informacion disponible es la movilidad, pero una serie de documentos sobre lacaracterizacion de los ocupantes de edifi­ cios, con enfasis especial en ocupantes discapacitados, fue pu­ blicada recientemente. Estos documentos cubrian 10 siguiente: • Predominio, tipo y movilidad de las personas discapacitadas • Habilidad de las personas discapacitadas para desplazarse horizontalmente 0 en una pendiente • Habilidad de las personas discapacitadas para atravesar puertas • Habilidad de las personas discapacitadas para leer y ubicar los avisos de salida El primer trabajo documenta un estudio hecho en Irlanda

del Norte para estimar el ntimero de personas discapacitadas que salen de sus hogares y se espera que utilicendiferentes tipos de edificios pUblicoS.23 El estudio buscaba encontrar que porcen­ taje de la poblacion movij esta formada por discapacitados con movilidad, as] como hasta que punto esmn incapacitados quie­ nes utilizan los s1tios publicos, enfocandose en discapacidades que afectarian la capacidad de la persona para escapar de un in­ cendio. Segtin este estudio; casi el 8 por ciento de la pobJacion movil total tiene algtin tipo de incapacidad de movilidad y 0,14 por ciento usa sill as de ruedas. EI estudio tambien contemplaba el uso de edificios publicos por personas con discapacidades y descubrio que aproximadamente 40 por ciento de los adultos,.con deficiencias de movilidad frecuentan teatros e instalaciones de­ portivas, casi el 60 por ciento se hospeda en hoteles, casi el 30 por ciento son empleados, y aproximadamente 50 por ciento fre­ cuentan establecimientos de comidas y bebidas. El documento tambien detalla la frecuencia de uso de espacios publicos y el grade de movilidad (si requieren 0 no ayuda). El equipo de di­ sefio debe poder ca1cular, usando la informacion presentada en el documento, la proporcion de ocupantes del edificio que posi­ blemente tengan deficiencias de movilidad. Tambien estan de­ tallados otros tipos de discapacidades que afectan la capacidad de evacuar, incluyendo agilidad, a1canzar y estirarse, escuchar, vision y capacidad mental. El segundo trabajo en la serie provee informacion imp or­ tante sobre la velocidad de desplazamiento de la poblacion con deficiencias de movilidad en recorridos horizontales, rampas, y. escaleras, con y sm ayuda. 24 Para aquellos que se desplazan sin ayuda por recorridos horizontales, la velocidad media del grupo con deficiencias de movilidad fue de 0,80 mlseg (2,62 pies/seg.), comparado con 1,25 mlseg (4,10 pies/seg.) para aquellos sin problemas de movilidad. La velocidad media de desplaza­ miento para los que tienen deficiencias de movilidad variaba por tipo de ayuda requerida, de 0,57 mls (1,87 pies/seg.) para los queusaban caminadores a 0,95 m/s (3,12 pies/seg.) para los que no usaban ayudas. Los que usaban sillas de ruedas electricas te­ nian un medio de velocidad de desplazamiento de 0,89 mls (2,92 pies/seg.) mientras que los que usaban sillas de ruedas manua­ les tenian un promedio de velocidad de 0,69 mls (2,26 pies/seg.). Tambien se presenta informacion sobre velocidad de desplaza­ miento en el documento para desplazamiento en rampas, de arriba abajo de las escaleras y a la vuelta de laesqUina. La in­ formacion sobre el uso de rutas de desplazamiento de Jos parti­ cipantes en el estudio incluia observacionessobre la cantidad de espacio usado por las personas mientras avanzahan por corre­ dores 0 escaleras. el uso de pasamanos, y las dificultades para sortear los descansos de las ~scaleras. Una consideracion adi­ cional importante que cubria este documento era el tiempo de descanso que muchos participantes requerian mientras avanza­ banpor un recorrido de 50 metros (164 pies), y el tiempo de re­ cuperacion requerido por aguellos que cubrian una distancia de 50 metros (164 pies) sin detenerse. El tercer documento de la serie estudia la habilidad de las personas discapacitadas para usarpuertas. 25 La informacion en el documento incluye el porcentaje de participantes con defi­ ciencias de movilidad que no pudieron sortear el paso a traves de puertas con semejante fuerza de y el tiempo necesario para sortear puertas de diferentes fuerzas de cierre, y por tipo

CAPiTULO 2 •

TABLA 3.2.2

Metodos de caJculo para prediccion de la evacuaci6n

3...,.21

Velocidades de desplazamiento informadas en la Iiteratura de referencia

Tipo de Situaci6n

Velocidades de Recorrido

A, Donde la densidad no se encontro como un factor Terminales de transporte 27 265 pies/min en calzadas (1,35 m/s)

Promedio bajo "condiciones normales,,28 60 m/min (1,0 m/s)

Experimento con personas discapacitadas 29

Horizontalmente (m/s) Todos los individuos discapacitados Con discapacidad de locomocion Sin ayuda Muletas Bast6n Caminador/patinador Sindiscapacidad de locomocion Silla de ruedas sin ayuda Ambulante con ayuda Silla de ruedas con ayuda

Min,

1er 0

3erO

Max,

Medio

0,10 0,10 0,24 0,63 0,26 0,10 0,82 0,85 0,21 0,84

0,71 0,57 0,70 0,67 0,49 0,34 1,05

1,28 1,02 1,02 1,24 1,08 0,83· 1,34

1,00 0,80 . . . ·{1;95·

0,58 1,02

0,92 1,59

1 1,68 -1;68 1,35 1,60 1,02 1 0,93 1,40 1,98

En pendiente hacia arriba Todos los individuos discapacitados Con discapacidad de locomoci6n Sin ayuda Muletas Baston Caminador/patinador Sin discapacidad de locomoci6n Silla de rued as sin ayuda Ambulante con ayuda Silla de ruedas con ayuda

0,21 0,21 0,30 0,35 0,21 0,30 0,70 0,70 0,23 0,53

0,42 0,42 0,48

0,74 0,72 0,87

0,38

0,70

0,42 0,70

En pendiente hacia abajo Todos los individuos discapacitados Con discapacidad de locomoci6n Sin ayuda Muletas Baston Caminador/patinador Sin discapacidad de locomoci6n Silla de ruedas sin ayuda Ambulante con ayuda Silia de ruedas con ayuda

0,10 0,10 0,28 0,42 0,18 0,10 0,70 1,D5 0,42 0,70

Simulacro en apartamento edificio alt, medla20

0,94 0,81 0,57 1,25 0,89 0,78 1,30

1 1,08 1,08 0,53 1,05 0,42 1,32

0,62 0,59 0,68 0,46 0,52 0,35 1,01

0,70 1,05

0,72 1,05

0,53 0,89

0,42 0,42 0,45

0,70 0,70 0,94

0,35

0,70

1,83 1,22 1,22 0,53 .1,04 0,52 1,83

0,60 0,58 0,68 0,47 0,51 0,36 1,26

0,52 0,96

0,86 1,05

1,05 1,05

0,69 0,96

0,47 m/s en escaleras (de 0,34 a 1,08 m/s entre grupos deadultos de diferentes edades; una persona con discapacidad visual avanz6 0,31 m/s)

Simulacro en apartamento edificio alt, media20

0,44 mls enescaleras (de 0,32 a 0,56 m/s entre grupos de adultos de diferentes edades)

Simulacro en apartamento edificio alt, media20

0,41 m/s en escaleras (de 0,30 a 0,47 m/s entre gljUpos de adultos de diferentes edades)

Simulacro en apartamento edificio alto19 Simulacra en apartamento .edificio alto19

0,95 m/s (de 0,56 a 1,12 m/s entre grupos de adultos de diferentes edades)

1,05 m/s (de 0,57 a 1,20 m/s entre grupos de adultos de diferentes edades)

B Donde la Densidad era un Factor

_._---­

Lugares publicoS 27

0,51-1,27 m/s (100-250 pies/min) en vias peatonales 0,36-0,76 m/s (70-150 pies/min) en escaleras

Lugares publicoS 28

17 m/min, horizontalmente (0,28 m/s) 11-16 m/min escaleras abajo (0,18-0,27 m/s)

Teatros e instituciones educativas26

15-20 mlmin (0,42-0,56 m/s) max, 2,33 m/s

Edificios industriales28 Terminates de transporte 28

25-30 m/min (0,42-0,56 m/s) max, 2,33 m/s

28

20-25 m/min (0,33-0,42 m/s) max, 1,28 m/s

Escaleras descendentes

20-25 m/min (0,33-0,83 m/s) max, 2,10 m/s (continua)

3-22

SECCION 3 •

TABLA 3.2.2

Comportamiento humano en emergencias de incendios

Continuaci6n

Simulacra en edificio de oficinas alto14

Velocidad Media

Escalera con iluminaci6n total Escalera con iluminaci6n reducida Escalera con instalaci6n de material fotoluminiscente (PLM) e iluminacion reducida Escalera con PLM solamente

Densidad

0,61 m/s 0,70 m/s

1,30 personas/m 2 1,25 personas/m 2

0,72 m/s 0,57 m/s

1,00 personas/m 2 2,05 personas/m 2

Simulacra en edificio de of/cinas mediano15

0,78 m/s en el piso inferior

Simulacro en edificio de oficinas mediano 15

0,78 m/s en el piso inferior

Ejercicios en hotel- a 10Jargo de corredor (m/s)30 Escenario 1 en el dia Participantes sanos En silla de ruedas Discapacitados caminando Escenario 2 en el dia Participantes san os En sill a de ruedas Discapacitados caminando Escenario noctu rno Participantes sanos En silla de ruedas Discapacitados caminando

Min,

1er Q

Med

3erQ

Max,

Medio

0,6 0,2 0,1

1,1

1,3

1,8

4,0 1,2

1,5 0,8

0,3 0,4 0,7

0,9

1,1

1,3

1,6 0,7

1,1 0,6

0,5 0,5 2,4a

1,1

3,8 0,9

1,5 0,7

1,3

1,7

aEsta persona se desplaz6 a esta velocidad par una distancia de 4,9 m.

de ayuda utilizada. Los autores conc1uyen en este documento que los tiempos de desplazamiento previstos para los ocupan­ tes discapacitados de edificios deben inc1uir el tiempo necesario para atravesar puertas. El cuarto y ultimo documento de la serie esta dirigido a la habilidad de las personas discapacitadas para localizar y leer los avisos de salida 26 EI estudio evalu6 tres tipos de avisos de sa­ lida: avisos sin iluminaci6n, avisos con iluminaci6n interna, y avisos de diodo luminiscentes (LED). El trabajo presenta in­ formacion sobre las distancias requeridas para que aquellos con y sin discapacidades de vision localicen y lean los avisos de sa­ lida y conc1uye que losavisos de LED son los mas visibles yle­ gibles. Sin embargo, el estudio no evalu61a capacidad de los participantes para localizar y leer los avisos en presencia de dis­ traccionestales comocolores contrastantes y humo. Cuando se esta desarrollando un proyecto de ingenieria para instalaciones de reuniones publicas, el grupo de disefio debe considerar las caracterfsticas de una poblacion que refleje exactamente la poblaci6n de usuarios esperada. Esta coleccion de documentos describe la investigaci6n sobre grupos discapa­ citados en Irlanda del Norte. Sea 0 no razonable extrapolar los resultados para el resto del rnundo,.esta investigacion propor­ ciona informacion que empieza a responder preguntas criticas sobre la poblacion en riesgo en lugarespublicos. Se debe recolectar informacion similar para toda la gama de tipos de ocupacion. Una gran cantidad de informacion sobre ve­ locidades de desplazamiento ha sido recogida e informada en la literatura por mucho tiempo. Para poner la informacion recogida

en el contexto correcto, es importante tener en cuenta los facto­ res que pueden causar variaciones en la velocidad de movi­ miento. Estos incluyen densidad de la multitud; la movilidad, edad y otras caracteristicas de los ocupantes; la presencia de gru­ pos familiares; presencia de humo; iluminacion y otras caracte­ risticas de disefio. A media que aumenta la densidad de la multitud, la facilidad y velocidad de movimiento disminuyen hasta que la multitud comienza a moverse pesadamente. Los grupos familiares intentaran permanecer juntos y .se moveran ala velocidad de la persona mas lenta. La presencia de humo puede reducir la velocidad de las personas, 0 puede hacer que ellas cam­ bien de direcci6n 0 por ultimo, detengan la evacuaciOn. La poca iluminaci6n puede desacelerar a las personas, especialmente en escaleras, y la unifonnidad del recorrido de salida y aspereza 0 suavidad de las paredes a 10 largo del recorrido de salida tambien pueden afectar las velocidades.de desplazamiento. Parte de la informaci6n sobre velocidades de desplaza­ miento que se ha recopilado ha sido resumida en un trabajo re­ ciente. 7 La informacion recogida inc1uye los siguientes tipos de ocupaciones: terminales de transporte, edificios de apartamen­ tos, propiedades para reuniones publicas, edificaciones indus­ triales y hoteles. Tambien existe informacion disponible tanto sobre sujetos fisicamente capaces como con deficiencias de mo­ vilidad. La informaci6n resumida de ese trabajo aparece en la Tabla 3.2.2. Una vez mas, se advierte al usuario consultar los do­ cumentos de referencia para el contexto completo de los experi­ mentos e incidentes antes de apJicar la informacion a su proyecto.

~~~---.--

-

---~-

......

-----

......•..••.--..

---.~

----. . . . . .-._-_. . ._--

........-.-..

CAPiTULO 2 •

Metodos de caJculo para predicci6n de la evacuaci6n

3~23

METODOS DE CALCULO POR TIEMPO

DE DESPLAZAMIENTO

Calcular el tiempo de desplazamientopara un solo individoo es un ejercicio bastante regular: el tiempo de desplazamiento es el producto de la distancia de desplazamiento y la velocidad para caminar. Calcular el tiempo de desplazamiento para una multi­ tud de ocupantes es mas complejo. Hay tres car1lCteristicas fun­ damentales del movimiento de multitudes: densidad, velocidad y flujo. La densidad de una multitud se define como el numero de personas por area unitaria (ej., 2,0 personas/m 2). La densi­ dad tambienpued~ ser expresada como el areapor persona (ej., 0,5 m2/perSona). La velocidad es la rapidez de movimiento de los ocupantes, expresada generalmente en metros por segundo. El flujo es la velocidad a laque pasan las personas por un punto determinado, como un puerta, por unidad de tiempo (ej., 2. aper­ sonas/segundo). Junto con el ancho della ruta, las tres caracte­ risticas del movimiento de multitudes se relacionan como sigue: flujo

o~~--~--~--~--~~~~~~~--~~ 200 ~oo 600 8(j() 1000 1200 1400 1600 1800 2000

. 0

Evacuacion de poblacion/personas/metro de ancho electivo de escalera

FIGURA 3.2.2 Tiempos totales de evacuaci6n previstos y observados en edfficios altos de oficinas

velocidadx den si dad x ancho

Como se menciona en la secci6n anterior, la velocidad es una funci6n de densidad. A mayor cantidad de personas en un es­ pacio, mas lento sera el movimiento, hasta llegar eventualmente al punto donde comienzan a arrastrar los pies. El flujo y la den­ sidad tienen una relaci6n mas compleja. En densidades bajas, la velocidad de flujo es pequefia ya que hay pocas personas en la corriente. Las velocidades de flujo son lentas en densidades altas dondehay poco movirniento. El flujo 6ptimo se alcanza a una densidad aproximada de 2,0 personas/m2 _ Para detalles sobre la derivaci6n de ese valor, el lector puede consultar el Ma­ nual SFPE Handbook ofFire Protection Engineering. 31 Hay varias aproximaciones diferentes para ca1cular el tiempo de salida. Se pueden ca1cular los flujos a traves de puer­ taso corredores. Se pueden calcular las velocidades al caminar o se pueden usar como datos de entrada en modelos para calcu­ lar el tiempo de evacuaci6n. Estos metodos pueden ser sufi­ cientemente sencillos para hacerse manualmente, 0 pueden ser realizados por medio de modelos computarizados que incorpo­ ren otros factores de comportamiento.

ECUACIONES EMPiRICASDE

TIEMPOS DE EVAC\JACION

se aplica para predecir tiempos de evacuaci6n en edificios con poblaciones grandes superioresa 800 personas/m2 de ancho efectivo de la escalera. T es el tiempo minimo (minutos) para completar una evacuaci6n total incontrolada por escaleras y p es la poblaci6n1metro real de ancho efectivo dela escalera, medida inmediatamente sobre el nivel de descarga de la escalera. Debe entenderse que la "ancho efectivo de la escalera", como la usa Pauls, se define de la siguiente forma: 34 Este modelo empfrico describe e1 flujo como funci6n lineal del ancho efectivo de una escalera el ancho restante una vez que se han deducido los efectos de borde (150 nun 6 6 pulgadas desde ellfmite de cada pared y 90 mm 6 3,5 pul­ gadas desde la linea central de cada pasamanos). Esto tiene en consideraci6n la propensi6n de las personas a inclinarse hacia los lados - especialmente cuando caminan lentamente entre una multitud-y,-por Iil. tanto, organizarseen un mo­ deloescalonado tradicional de ancho individual basado en las diinensiones estaticas supuestasde los hombrosde las personas. La segunda ecuaci6n en la Figura

T= 2,00 + 0,0117p I .

La Figura 3.2.2 presenta una comparaci6nde tiempos de evacua­ ci6n observados en edificios de gran altura con ecuaciones obteni­ das para la predicci6n del tiempo total de evacuaci6n. 32-34 Los datos de Pauls34 se basan en medidas obtenidas de 29 simulacros de evacuaci6n, principalmente en edificios de oficinas de 8 a 21 pisos de altura. Pauls observ6 que los tiempos de evacuaci6n variaban aproximadamente entre 10 pisos para edificios con pe­ quenas poblaciones, y 20 pisos para edificios con grandes po­ blaciones. Las ecuaciones de evacuaci6n indicadas en la Figura 3.2.2 se desarrollaron a partir de los tiempos de evacuaci6n ob­ servados. La primera ecuaci6n,

se aplica cuando la poblaci6n1m de ancho efectivo de la escalera es inferior a 800 persouas. Pauls 34 tambien examin6 la relaci6n entre la velocidad de evacuaci6n y la densidad en las escaleras durante una evacua­ ci6n total incontrolada, segUn se indica en la Figura 3.2.3. Debe recordarse que este movimiento seria en direcci6n vertical des­ cendente.

T= 0,70 + O,0133p

El calculo del tiempo de evacuaci6n modelado usa una serie de

Calculos de Flujo Hidraulico

3-24

SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

•

-Aneho nominal dela esealera-->' -0

.

• Medida en ellugar

•

r

a Promedios del easo

-..

C1l

. (

-­ --

_____

i_

5

FIGURA 3.2.3 Relaci6n entre velocidad y densfdad en las escaleras durante evacuaciones totales incontroladas

'0

j

1-

Fruin (1971) -~

4

o

LInea central de pasamanos

!+- 3,5 pulg. (8,9 em)

2 3 Densidad (personasfm2)

1i5

J5

3,5 pulg:---J" (8,9 em)

Ancho efeetivo-----..:1

6 pulg. 6 pulg.­ (15.2 em) (15,2 em)

Area de uso de la huella ~

____

~A~

______

~

Huella de esealera

(A) -Ancho nominal de escalera del pasilla"'"

expresiones que relacionan los datos adquiridos de pruebas y observaciones con una aproximacion hidniulica del flujo hu­ mano. 35 Aunque las expresiones indican relaciones absolutas, hay considerable variabilidad en la informacion. La Figura 3.2.2 muestra una relacion tipica entre la informacion de la fuente y la ecuaci6n derivada. Las ecuaciones y relaciones pre­ sentadas en los siguientes parrafos se pueden usar independiente o colectivamente para resolver un problema complejo de egreso; Este conjunto eoordinado de ecuaciones sedemuestra en e1pro­ blema de ejemplo.

1k

3 ,5 PU' 9, (8,9 em)

Ancho efectivo demedio pasillo

n

Aneho efectivo

.... demedio I I pasiUo

•

~II

1:' II

!'ll I

[J

~Il

(JJ 1.1

all

.{g I I

gI I

til I I

~ I I

0.. 1 I

Ancho Efectivo, We' Las personas que se mueven por las rotas de salida de un edificiomantienen una distancia de los limites de los muros y otros obst
De pared a pared en corredores 0 vestibulos Como el ancho de las huellas de escaleras Como el ancho real del paso de una puerta abierta Como el espacio entre los asientos a 10 largo de los pasi­ llos de una disposicion para reuniones publicas 5. Como el espacio entre las partes mas estorbosas de los asientos (ocupados) en una fila de asientos dispuesta para auditorio

Para introducir los pasamanos, debe compararse el ancho efec­ tivo sin los pasamanos, y el ancho efectivo usando el ancho libre desde el borde del pasamanos. Luego se apJica el menor de los dos anchos efectivos. Utilizando los valores de la Tabla 3.2.3, solamente es necesario considerar los pasamanos que sobresalen

,

....

----

--­

I I

Huelle de esealera del pesillo (48 pulg. preferiblemente)

(122 em) (6)

FIGURA3.2.4 Medidas de ancho efectivo de escaleras en relaci6n con muros, pasamanos yasientos

TABLA 3.2.3 Anchos de capas limitadoras Umitadora em

Elementos.dela (uta de'salida Escaleras-paredes olados·de lahuella Barandales, pasamanos 8 Sill as de teatro, baneas de e!£tadio Corredor, muros de rampas Obstaeulos Lugares de reuni6n anchos, pasadizos Puertas, areadas

15 3,5

9

o

o

8 4 Hasta 18 6

20 10

46 15

aOonde hay pasamanos, usar el valor si da como resultado un ancho efectivo menor.

mas de 6 cm (2.5 pulgadas). Las instalaciones a alturas por de­ bajo de la mitad del cuerpo 0 mas bajas, como herrajes antipa­ nico, se tratan igual que los pasamanos. Cuando la rota de salida

[

CAPiTULO 2 . Metodos de ca/culo para prediccion de la evacuaci6n

Muro

--------TI

Fila de pasajeros en rereso

..-------­ Barandal

Salon de espera para salidas

J -

Suspendida la Infor­ macion de vuelos en pantalla de visualizacion

Cesto de basura

Cesto de basura

FIGURA 3.2.5 Ancho efect/vo de un corredor publico

se hace mas ancha 0 mas estrecha, solamente esa parte de la ruta tiene el ancho libre apropiado, mayor 0 menor. Densidad, D. La densidad es la medida del grado de congesti6n de una ruta de evacuaci6n y se expresa generalmente en perso­ nas/unidad de area. Los caJculos en este capitulo se basan en la densidad expresada en personas/pie2 (0 personas/m2). A menos que la infonnacion sobre dispersion de los ocu­ pantes indique otra cosa, la densidad del primer elemento de sa­ lida (pasillo, corredor, rampa, etc.) estabasada en todos los ocupantes quesirve. Esto· demostraralosHmites decapacidad del elementomta y producira un valor que representa la capa­ cidad maxima del e1emento. Sin embargo,si la poblacion que egresa esta muy dispersa, en terminos de a1canzar el elemento ruta .de salida, e1 calculo esta bas ado en una medida de tiempo apropiada. En cada in­ crementode tiempo, la densidad de la ruta de salida esta funda­ mentada en aquellos que han ingresado a la ruta sin contar los que han pas ado por esta. Los fuctores de densidad en las partes subsiguientes del sis­ tema de egreso se determinan pOi calculo. Los metodos de ca.lculo involucrados estan contenidos en la seccion sobre transiciones. Velocidad de los Individuos que Salen, S. La velocidad de evacuacion de un grupo es una funci6n de la densidad de pobla­ cion. Las relaciones presentadas en esta seccion se han obtenido

3-25

de Fruin,37 Pauls/ 6 y Predtechenskii y Milinskii 39 Sda .:.Iensidad de poblaci6n es aproximadamente inferior a 0,54 personas/m2 (0,05 personas/pie 2) de ruta de salida (20 .pies2/persona;I,85 m2/persona), los individuos se movenin a su propio paso, independientemente de la velocidad de otros. 8i la densidad de poblaci6n es que aproximadamente superior a 3,8 personas/m2 (0,35 personas/pie2 ), no se llevan& a cabo ningun movimiento hasta una parte suficiente de la multitud baya pa­ sado del area congestionada para reducir la densidad. Entre los limites de densidad de 0,54 y 3,8 personas/metr02 (0,05 y 0,35 personasipie2), Iarelacion entre velocidad y densi­ dad puede ser consideracwmo una funci6n lineal. La ecuaci6n de esta funci6n es: S =k

(1)

akD

donde: S = velocidad a 10 largo de la linea de
TABI.A 3.2.4 VeJocidades constantes de evacuaci6n para evacuacion 2

Elementos de la Ruta de Salida Corredor, pasHlo, rampa, vallO de la puerta Contrahuella (pulg,)

275

1,40

196 212 229

1,00 1,08 1,16 1,23

Huella (pulg,)

10 11 12 13

7,5 7,0 6,5 6,5

242

Note: 1 pulg. = 25,4 mm.

........

- - -..~~

------------­

3-26

SECCION 3 •

Comportamiento humano enemergencias de incendios

involucrada. El flujo especifico se expresa en personas/minlpie de ancho efectivo (si el valorde k k2' de la Tabla 3.2.4) 0 per­ sonas!seglmetro de ancho efectivo (si e1 valor de k = kb de la Tabla 3.2.4), La ecuaci6n para flujo especifico es

Densidad (personas/m')

300

0~_~.5r__r-~1.~5__~2~~2~.5~-T3__~3~.5~_4~ r

C

1 250 .....-_-...

1.5

Corredor, rampa, pasillo, vano de la puerta

(])

.9 c(])

c

(])

.:;; .75 'E

'E .:;; 150 o E ~ 100


.5

"0 "0 Cl!


g

~

donde: flujo especifico

0

E

"0

32

Diferentes escaleras'

50

.25

.05

.1

.15

.2

.25

.3

.35

0

~

.4

Densidad (personas/m~

FIGURA 3.2.6 Velocidad de evacuaci6n como funci6n de densidad. S = k - akD, donde D = densidad es personas/pi€! y k es presentada en la Tabla 3.2.4. N6tese que /a velocidad es a /0 largo de /a Ifnea de desp/azamiento.

TABLA 3.2.5 Factores de conversi6n para re/adonar /a linea de distancia de desp/azamiento con e/ desplazamiento vertical de diferentes configuraciones de esca/eras

Contrahuella [pulg. (mm)]

7,5 7,0 6,5 6,5

(190) (178) (165) (165)

Huella [pulg. (mm)]

Factor de conversion

10,0 (254) 11,0 (279) 12,0 (305) 13,0 (330)

1,66 1,85 2,08 2,22

D densidad S

velocidad de movimiento

.32 (.)

O~--~--~--~--~--~--~--~--~O

o

(2)

Fs=SD

E,

.9 200F==~

esen personas/minuto!pie2 cuando la densidad es en perso­ nas/pie2 y la velocidad es en pies/minuto; Fs es en personas/se­ gundo/m2 cuando la densidad es en personas/m2 y la velocidad es en metros/segundos. La combinaci6n de Ecuaciones 1 y 2 produce

-aD)kD

(3)

donde k es como esta listado en la Tabla 3.2.4. La relaci6n de flujo especifico a densidad se muestra en la Figura 3.2.7. En cada caso el flujo especifico maximo ocurre cuando la densidad es de 1,9 personas!m2 (0,175 personas/piel) de espacio en la ruta de salida. Los flujos maximos especificos estan asociados a cada tipo de elemento de la ruta de salida; estos se encuentran listados en la Tabla 3.2.7 Flujo CaIculado, F c" EI flujo ca1culado, Fc es la velocidad pre­ vista del flujo de personas que pasan por un punto particular en una ruta de salida. La ecuaci6n para flujo real es (4)

donde

Fc = flujo ca1culado Fs = flujo especifico We ancho efectivo TABLA 3.2.6 Velocidades maximas (sin impedimentos) de tiulode salida' . . . . . . .

Velocidad - A 10 Largo de la Linea de desplazamiento Elemento de la Ruta de Salida

4

~

m/s

1,20 ti .ll!

1,19

1,00

go

0,80

.~


Corredor, Pasillo, Rampa, Puerta Contrahuella [pulg., (mm)]

7,5 7,0 6,5 6,5

(190) (178) (165) (165)

235

Huella [pulg. (mm)]

10 (254) 11 (279) 12 (305) 13 (330)

'"

~

167 187 196

0,85 0,95 1,00

207

1,05

0,60 ~ 0,40

~ 0

~(j

0,20 25.. tJJ


1!-~~_"-_-:i::-_~---:::-=----:---~_...Jo,OO ,4

Flujo Especffico, Fs' El flujo especifico, , es el flujo de per­ sonas en una evacuaci6n pasando un punto en 1a ruta de salidaJunidad de tiempo/unidad de ancho efectivo, We, de la ruta

1.-------------

~-~-~-~

..... - - - - - -.....

--~.

.¥­u::

Densidad (personas/m')

FIGURA 3.2.7 F/ujo especffico como funci6n de densidad

..... ~ . . . .

_-----------------------------­

CAPiTULO 2 •

TABLA 3.2.7

Metodos de ca/culo para predicci6n de la .evacuaci6n

Flujo maximo especffico, Fsm

2

~

Ffujo Maximo Especffico Elemento de ruta de salida Personas/min/pies de {pulg. (mm)] Ancho efectivo

7,5 7,0 6,5 6,5

(190) (178) (165) (165)

10 11 12 13

(254) (279) (305) (330)

17,1 18,5 20,0 21,2

3-27

Personas/s/m de Ancho efectivo

0,94 1,01 1,09 1,16

\\. ......::-:::::::::::::::::::::::::::::::::: .... '

(

• •

~

•••••••••••

~

•

~

• * •••••• * ••••• *

.. .:::::::::::::::::::::::::::::::----+. .................... ........... ..

......:.-::...::::::::::::::::::::::::::::::::: .. ,. '

~

3

~

Al combinar las ecuaciones 3 y 4 se produce: Fc = (I - aD)kDWe

(5)

es en personas/min cuando k = k1 (de la Tabla 3.2.4), D es en personas/pie2, Y We en pies. es en personas/seg. cuando k = k2 (de la Tabla 3.2.4), D es en personas/m2, Y We en metros.

Tiempo para Pasar, Tp. EI tiempo de paso, Tp' es decir el tiempo para que un grupo de personas pase por un punto en una rota de salida, se puede expresar como:

t FIGURA 3.2.8 Flujos de salidas convergentes

(6) 2

donde Tp es el tiempo de paso (Tp es en minutos cuando Fe es personas/minuto); Tp es en segundos cuando Fe es personas/se­ gundo. P es poblacion en personas. La combinacion de ecua­ ciones 5 y 6 da: Tp = PI(I

aD),kDW e

FIGURA 3.2.9 Transicion en un componente de salida

(7)

Transiciones. Las transiciones son cualquier punto en el sis­ tema de salida donde el caracter 0 dimension de una ruta cam­ bia 0 donde las rutas se unen. Los siguientes son ejemplos tipicos de puntos de transicion: 1. El punto donde se unen dos 0 mas flujos de salida. Por ejemplo, el encuentro del flujo de un pasillo transversal con un pasillo principal que sirve otras fuentes de poblacion existentes. Tambien es el punto de entrada a una escalera que sirve otros pisos (Figura 3.2.8). 2. El punto donde un corredor penetra a una escalera. Ac­ tualmente existen dos transiciones: una ocurre cuando el flujo de salida pasa a traves de la puerta; elotro cuando el flujo sale de la puerta Y continua por las escaleras. 3. Cualquierpunto donde una ruta de salida se hace mas ancha o estrecha. Por ejemplo, un corredor puede angostarse por un corto trecho debido a la invasion de un mostrador de ser­ vicio 0 un elemento similar. Las densidad calculada, D, y el flujo especifico, Fs' difieren antes de llegar, mientras pasan, y despues de pasar la mtrusi6n (Figura 3.2.9).

Las siguientes reglas se aplican para detenninar las densi­ dades y velocidades de flujo despues del paso por un punto de transici6n:

1. EI flujo despues del punto de transici6n es una funci6n, den­ tro de sus Hmites, del flujo que entra al punto de transici6n. 2. EI flujo ca1culado, F c' despues del punto de transici6n no . puede exceder el flujo . maximo especifico, del ele­ mento de rota involucrado multiplicado por el ancho efec­ tiva, We de ese elemento. 3. Dentro de los limites de la regIa 2, el flujo Fs' de la ruta que parte de un punto de transici6n es detenninada por las siguientes ecuaciones: (a) Para casos que involucran un flujo queentray un flujo que sale de un punto de transici6n: FS(oul) ;:::;Fs(in)

donde:

Fs(in) We{in) We(Out)

We(in/We(Out)

(Sa)

I

flujo especifico saliente de un punto de transici6n flujo especifico entrante al punto de transici6n ancho efectivo antes del punto de transici6n ancho efectivo despues de pasar el punto de transici6n

(b) Para casos que involucran dos flujos entrantes y un flujo saliente de un punto de transici6n, tal como ocu­ rre con la fusi6n de un flujo bajando una escalera y el flujo que entra a un piso:

---------------

-~

..

~-

.....

3..,....28

SECCION 3 •

Comportamiento humano enemergencias de incendios

C8b)

Fs(out) '= ([Fs(in)-l We(in)-l]

+ [Fs(inl-l W e(in)-2]}/We(out) donde los subscritos (in-I) y (in-2) indican los valores de los dos flujos entrantes. (c) Para casos que involucran otras geometrfas conver­ gentes, se aplica la siguiente re1aci6n general: [FS(in-l) We(in-1l1

+ ... + [Fs(in-n) We(ln-n)]

(8c)

= [FS(out-l)We(Dut-l)] + ... + [Fs(out-nl We(out-n)] dondelaletra n en lossubscritos;(in-n) y (oui-n) es un numero igual al ntimero total de rutas entrantes (in-n) 0 salientes (out-n) del punto de transici6n_

4. Cuando el flujo especffico calculado, Fs, para laCs) ruta(s) que parte(n) del un punto de transici6n, segun las ecuacio­ nes en la regia 3, excede(n) el flujo maximo especffico, se formara una cola en ellado de ingreso del punto de tran­ sici6n. E1 numero de personas en la cola crecenl a una ve­ en la ruta de llegada loci dad igual al flujo ca1culado, menos el flujo calculado que sale de la ruta a traves del punto de transici6n_ 5. Cuando el flujo espedfico saliente calculado, FS(OU1)' es menor que el flujo maximo especffico, Fsm' para esa(s}ruta(s), no haymanera de predeterminar como se uniran las rutas en­ trantes. Las rutas pueden compartir eqUitativamente el ac­ ceso a traves del punto de.transici6n, 0 puedehaber dominio total de una ruta sobre la otra.Para un calculo conservador, asumamos que la ruta de interes es dominada por la otra ruta(s). Si todas las rutas son de interes, es necesario reali­ zar una serie de di1culos para establecer los limites de cada ruta bajo cada condici6n de dominaci6n. Ejemplo: Este ejemplo usa escaleras de tamano convencional en 10s.Estados Unidos y_por_lo.tanto se presenta. en.unidades in­ glesas. Consideremos un edificio de oficinas (Figura 3.2.10) con las siguientes caracteristicas: 1. Hay nueve pisos, de 300 pies x80 pies. 2. La altura de un piso a otroesde 12 pies.

3. Hay dos escaleras, situadas en los extremos del edificio (no hay puntos muertos). 4. Cada escalera tiene 44 pulgadas de ancho (aneho del pel­ dana) conpasamanosque sobresalen2,5 pulgadas. 5. Las contrahuellasde las esealeras tienen 7 pulgadas de ancho; las huellas tienen II pulgadas de alto_ 6. Hay dos descansos de 4 X 8 pies par piso del reeorrido de la escalera. 7. Hay una puerta de 36 pulgadas de aneho libre en cada en­ trada y salida de las escaleras. 8. El primer piso no tiene salida por las esealeras. 9. Cada piso tiene un solo corredor de 8 pies de ancho que se extiende a todo 10 largodel piso .. Los cotredores terminan en las puertas de entrada a las esealeras. . 10. Hay una poblacion de 300 personas/pi so. SOLUCION A - APROXIMACION DE PRIMER ORDEN 1. Hip6tesis. El factor decisivo principal sera las escaleras 0 la puerta de salida de estas. Se presentaran colas; por 10 tanto, el flujo especffieo F s' sera el fluja maximo especf­ fico, Fsm' Todos los ocupantes inician la salida al mismo tiempo. La poblaci6n usara todas las instalaciones en op­ timo equilibrio. 2. Capacidad Estimada de Flujo de una escalera. De la Tabla el ancho efectivo, We' de cada escalera es 44 - 12 32 pulgadas (2,66 pies). Tambien, el ancho efectivo, We' de cada puerta es 36 - 12 = 24 pulgadas (2 pies). EI flujo ma­ ximo espedflco, F sm' de la escalera (en la Tabla 3.2.7)es 18,5 personas/minuto/piede ancho efectivo. El flujo espe­ crnco, es iguaJ al flujo maximo espedfico, Fsm' Por 10 tanto, usando la ecuaci6n 4, el flujo de cada escalera se li­ mita a 18,5 x 2,66 49,2 personas/minuto. 3. Capacidad estimada de jlujo a traves de una puerla. De nuevo, segUn la Tabla 3.2.7, el flujo maximo espedfico a tra­ vesde cualquier puerta de 36 pulgadas es 24 personaS/mi­ nuto/pie de ancho espedfico. Por 10 tanto, usando la ecuaci6n 4, el flujo a traves de cualquier puerta selimita a 24 x 2 48 personas/minuto. Como la capacidad de flujo de las puertas es inferior a la capacidad de flujo de la escalera que sirve, e1flujo esm controlado por las puertas de salida de la escalera (48personas/escalera puerta de salidalminuto).

Ejemplo de pisos, 2 a 9, tipicos del edificio

Espacio de oficinas para 150 ocupa:ntes

Espacio .de oficinas para 15D.pcupantes

FIGURA 3.2.10 Ejemplo de plano del piso

CAPiTULO 2 •

Metodos de ca/cu/o para predicci6n de /a evacuaci6n

3-29

ner solamente si la descarga (punto de transicion) de la rota 4. Cillculo .de veloCidad de desplazamiento para el flujo esti­ tainbien puede acomodar la velocidad de flujo indicada. mado de la escalera. En la ecuacion 1, la velocidad de des­ 3. Impacto estimado de las puertas de entrada de las escale­ plazamiento bajando escaleras es 212 - (286 X 212 X 0,175) ras en el flujo de salida: Cada puerta tiene una ancho libre = 105 pies/minuto. La distancia de recorrido entre pisos (usando el factor de conversion de la Tabla 3.2.5 es 12 X 1,85 de 36 pulgadas. En la Tabla 3.2.3, el ancho efectivo, We' es = 22,2 pies en el declive de la escalera mas 8 pies de recorrido 30 - 12 = 24 pulgadas (2 pies). De 1a Tabla 3.2.7, el flujo maximo especifico Fsm, es 24 en cada uno de los dos descansos, para una distancia total de recorrido de piso apiso de 22,2 + (2 X 8) = 38;2 pies; El .personas/minuto/pie de ancho efectivo. tiempo de desplazamiento para una persona que se mueve De la Ecuaci6n 8, con el flujo.es de 38,21105= 0,36 minutos/piso. Fs(puerlJ = [Fs(corredoJ We(corredoJIWe(puerla/s(puerla) 5. Calculo del tiempo de evacuacion de edificios. Si todos los =(22 X 7)/2 ocupantes en el edificio empiezan la evacuacion al mismo = 77 personas/minuto/pie de ancho efectivo. tiempo, c.ada e.s¢al~ra_pueaedescaigar:.
212 X 0,146) = 123 pies/min. De 1a Tabla 3.2.4, k= 275.

De 1a soluci6n A, 1a distancia de recorrido de piso a piso es 38,2 pies. E1 tiempo requerido para que el flujo recorra S = 275 - (2,86 X 275 X 0,125) = 177 pies/min. un nive1 de piso es 38,21123 = 0,31 minutos (19 seg). Usando 1aEcuaci6n 4, e1 flujo calcu1ado, Fe' es 18,0 De 1a Ecuacion 3, flujo especifico, Fs = ( 1- aD)kD. X 2,66 = 48 personas/minuto. Despues de 0,31 minutos, 48 X 0,31 = 15 personas Fs = [1- (2,86 X 0,125)] X 275 X,0,.125 estaran en 1a esca1era de cada piso que 1a alimenta. Si de = 22 personas/pie de ancho erectivo/min. los pisos 2 a1 9 salen todos \1.1 mismo tiempo, habra 15 X 8 De 1a Tabla 3.2.7, e1 flujo especifico Fs, es menor que el flujo es­ = 120 personas en la bsca1era. Despues de este tiempo, la pecifico maximo, F smJ ; por 10 tanto, se usa Fs para calcu1ar el union de los flujos entre e1 de la esca1era y losflujos que flujo calcu1ado. ingresan por las entradas de 1a esca1era contro1aran la velo­ De la Tabla 3.2.3 el ancho efectivo del corredor es 8 ­ cidad de desp1azamiento. (2 X 0,5) = 7 pies. 5. Impacto estimado de la union delflujo de la escalera y el De 1a Ecuacion 5, flujo calcu1ado, Fe = (1- aD)kDW 'flujo de la entrada de la escalera sobre elflujo de salida. De la &uacion.9, Fs(salida-esealera) = ([Fs(puerfJ X We(puerfa)] + Fe = [1 - (2,86 X 0,125)] X 275 X 0,125 X 7 [Fs(entrada-escalera) X We(entrada-esealera)]}/We(salida.esealera) = [(24 X = 154 personas/minuto. 2) + (18 x 2,66)]166 = 36 personas/pie de ancho efectivo. Nota: En esta etapa del calculo, el flujo calculado, Fc, se de­ De 1a tabla 3.2.7, el Fsm para 1a esca1era es 18,5 per­ nomina "flujo inicial calcu1ado" para el elemento de 1a rota sonas/minuto/pie de ancho efectivo. Como F sm es menor de salida (ej., corredores) que se esm eva1uando. Esto de­ que Fs calculado, se usa e1 valor de Fsm. bido a que la velocidad de flujo calculada se puede mante­

3-30 SECCION 3 •

Comportamiento humanoen emergencias de incendios

6. Flujo de egreso de la rota. Asumiendo que todas las per­ sonas empiezan a evacuar a'la hora cero. La velocidad ini­ cial de flujo es 177 pies/minuto. Asumiendo ql.l.e ese flujo congestionado llegara a la escalera en 30 segundos. A los 30 segundos, el flujo comienza a traves de las puertas de la escalera. a traves de las puertas es 48 personas/minuto A los 49 segundos, hay durante los 19 segundos 120 personas en cada escalera, y ,135 haciendo cola ·en la puerta de entrada de cada escalera. Nota: El progreso a partir de este punto depende de cuales pisos dominan en el ingreso a las escaleras. Puede ocu­ rrir pualquier secuencia de entrada. Para establecer un limite, .. este ejemplo calcula el resultado de una situacion donde el do­ minio empieza desde el piso mas alto al mas bajo. Las 135 personas restantes queesperan a la entrada de cada escalera en el 9° piso entran a traves de la puerta a una velocidad de 48 personas/minuto. La velocidad de flujo porla escalera esta regu1ada por la velocidad de flujo de 48 personas/minuto de las puertas de descarga de la sa­ lida. La velocidad de descenso del flujo es 19 s/piso.

SIMULACION COMPUTARIZADA Y MODELADA DEL DISENO DE MEDIOS DE EVACUACION El modelado de simulacion puede ser adecuado para problemas que de otra manera requeririan un esfuerzo manual costoso, de­ morado y tedioso; aquellos que no pueden resolverse por medio de ensayos debido al alto costa .() riesgos inaceptables para las personas participantes; y para quienes la experiencia pasada, in­ tuicion, 0 infonnacion disponible no proporcionan conoci­ miento adecuad0 40

Tipos de Modelos de Evacuaci6n Hay tres tipos de modelos de evacuacion disponibles actual­ mente: • Modelos de ca1culo de un solo parametro • Modelos de movimiento • Modelos de simulaci6n de comportamiento

As!,

en 218 s (3,6 min) en237 s (4,0 min) en 401 s (6,7 min) en 420 s (7,0 min) en 584 s (9,7 min) en 603 s (10,1 min) en 767 s (12,8 min)

Todas las personas han eva­ cuado e19° piso. El extremos del flujo llega al 8° piso. Todas las personas han eva­ cuado el 8° piso. El extremos del flujo llega al 7° piso. Todas las personas han eva­ cuado el 7° piso. EI extremos del flujo llega al 6° piso. Todas las personas han eva­ cuado el 6° piso.

en.786 s (13,11llint. ,EJextremos delflujo llega al 'ypiso. en 950 s (15,8 min) Todas las personas han eva­ cuado el 5° piso. en 969 s (16,2 min) El extremos del flujo llega al 4°piso. en 1133 s (18,9 min) Todas las personas han eva­ cuado el 4° piso. en 1152 s (19,2 min)

EI.extremos del flujo llega al 3° piso.

en 1316 s (21,9 min)

Todas las personas han eva­ cuado e13° piso. El extremos del flujo Uega al 2°piso.

en 1335 s (22,3 min) en 1499 s (25,0 min)

Todas las personas han eva­ mado e1'2° piso.

en 1518 s (25,3 min)

Todas las personas han eva­ cuado el edificio.

Modelos de Calculo de un Solo Parametro. Los modelos de ca1culo de un solo parametro se usan generalmente para ca1cu­ los de tiempos sencillos de desplazamiento. Pueden ser ca1cu­ los manuales 0 modelos computarizados sencillos (ej., tiempos de fiujo basados en el ancho de rutas de salida 0 tiempos de des­ plazamiento basados en distancias). Modelos de Mo\imiento. Los model os de movimiento gene­ ralmente manejan grandes cantidades de personas en un flujo de laredo Este tipo de modelo trata a los ocupantes como agua en una tuberfa 0 un rodamiento de bolas en un conducto. Estos tienden a optimizar el comportamiento de los ocupantes, con todos los ocupantes moviendose ala misma velocidad, con co­ nocimiento perfecto del plano del edificio y de las rutas de sa­ lida. Estos modelos pueden ser ·Litiles como puntos de referencia de disefios; si los tiempos de salida ca1culados que usan este tipo de modelo son insuficientes para una evacuacion segura, entonces el tiempo real de evacuaclon en un incendio real cier­ tamente sera insuficiente. Modelos de Simulaci6n de Comportamiento. Estos modelos consideran mas variables relacionados con el movfmiento y com­ portamiento de los ocupantes. Tratan a los ocupantes como indi­ viduos con caracteristicas imicas. Los ocupantes pueden trasladarse a diferentes velocidades, como reaccion a las condi­ ciones circundantes. Como sonrastreados individualmente, su ex­ posicion y reaccion a condicionestoxicas durante 1a evacuacion puooe calcularse con algunos de estos modelos 0 por modelos de validez 0 toxicidad que analizan los resultados de la situacion. Este tipo de modele pennite una simulacion mas realista, pero hay preocupacion por su uso relativa a la carencia de infonnacion dis­ ponible que pennitma la prediccion del comportamiento humane en incendios. AI escoger un modelo, el usuario tiene que entender . las suposiciones fundamentales y estar seguro de que estas son apropiadas para tener un aruilisis a la mano. La simulaci6n y modelado computarizados se han conver­ tido en herramientas importantes para disefiarmedios adecuados

CAPiTULO 2 •

de egreso bajo una variedad de ocupaciones y condiciones es­ tructurales. El modelado de evacuacion se ha hecho particular­ mente importante en afios recientes ya que las organizaciones que hac en las nonnas en todo el mundo han desarrollado opcio­ nes basadas en el desempefio para el diseno de proteccion con­ tra incendios. Un elemento importante en la evaluacion de un proyecto de ingenieria es la comparacion de los resultados del modelado de una serie de escenarios de incendios, y los efectos que puedan esperarse despues del incendio, con los resultados de un modelo de evacuaci6n que prediga d6nde y por cml.nto tiempo las personas estaran dispersadas por toda la estructura.

Historiadel MOdelado de Evacuacf6n El modelado de evacuaci6n tiene una larga historia. En un es­ tudio de las variables criticas para proteccion contra incendios relacionado con edificios de vivienda para personas mayores, se considero el problema del desarrollo del incendio y la evacua­ cion como un problema de tiempo.4l Este estudio analizaba las variables relacionadas con la ocurrencia y propagaci6n del fuego y la capacidad de la poblacion para llegar a un area de refugio contra los efectos del incendio. EI estudio establecia las varia­ bles del incendio en la continuidad de un "tiempo critico" y los parametros de supervivenda de los ocupantes en la continuidad de un "tiernpo de reaccion." La definicion adoptada de tiempo critico es el tiempo trans­ currido desde el comienzo del incendio hasta que este llega a ni­ veles intolerables. La definicion de tiernpo de reacci6n se conoce como la cantidad de tiempo utilizada por el ocupante para reaccionar ante el incendio y alcanzar la seguridad eva­ cuando al area del incendio u obteniendo un lugar de refugio contra los efectos de incendio. Por 10 tanto, dentro de la estruc­ tura de estas definiciones, se consideran tanto los parametros como las variables del problema de los factores de comporta­ miento humano involucrados en el inceridio de un edificio. Este concepto .de un tiempo critico para el desarrollo del incendio dentro de un edificio y el tiempo de reaccion que los ocupantes requieren para percibir y responder a la amenaza de incendio, ya seaevacuando 0 trasladandose a un area de refugio, ha sido es­ tudiada meticulosamente. Esto dio como resultado muchos mo­ delos computarizados de este comportamiento esencial de salida desde el estudio de Caravaty y Haviland en 1967.41 A mediados de los afios 70 se desarroll6 un modelo com­ putarizado que simulaba el desplazamiento de las personas du­ rante una evacuaci6n por el piso de origen del incendio. 42 Este modele basado en Markovse centraba en el traslado de las per­ sonas a traves de un piso incendiado desde el momento de la alarma hasta su salida segura 0 hasta que se convirtieran en vfc­ timas del incendio. Se identificaron seis variables que afectaban el desplazamiento: 1. Localizaci6n objetiva en tiempo y espacio del estimulo de amenaza 2. Conocimiento previo de los ocupantes de las rutas efecti­ vas de egreso 3. Percepci6n de los ocupantes de la ubicaci6n y gravedad de la amenaza 4.Percepcion de los ocupantes de las altemativas disponibles

Metodosde calculo para prediccion de la evacuaci6n

3..0.31

5. Experiencias que reducen las amenazas antes de la decision actual de desp1azarse 6. La interposici6n de interpretaciones subitas en el compor­ tamiento orientado a las metas de los ocupantes A principios de los afios 80 se desarrollo una tecnica de mode­ lade que parecia tener potencial para comparar el comporta­ miento deevacuacion de los ocupantes ayudados por personal entrenado en evacuaci6n sin ayuda. 43 Este modelo detenninaba el potencial de escape del area de un edificio bas ado en una aproximacion determinista con un algoritmo computarizado, y eyaJuaba Jos_efe~tos _de~.J~jmie.nJpQ.eLinc,endio yeLmoyJ­ miento del humo sobre los ocupantes mientras trataban de salir. La evacuacion de los ocupantes fue simulada con evaluacion de los efectos del disefio de las salidas, la densidad de los ocupan­ tes en los medios de egreso, la congestion en puertas u otras restricciones, y los efectos de los productos de combustion en los ocupantes. Los conceptos de tiempo critico y tiempo de reacci6n como fueron fonnulados originalmente por Caravaty y Havi1and41 se adaptaron en la detenninacion del modele de tiempo disponible de egreso seguro (ASET).2 Este modele es un procedimiento matematico para simular las condiciones que se desarrollan entre el tiernpo de ignicion del incendio y el comienzo de con­ dicionesinsostenibles para la ocupacion humana. Fue desarro­ Hado para evaluar los planes y procedimientos deevacuacion dentro de un edificio detenninado. 2 modelo requeria una entrada de datos sobre las dimensiones fisicas de las areas del edificio, los medios de egreso, y las rutas de evacuacion especi­ ficadas con el numero y ubicacion de los ocupantes. EI modele suministraba una estimacion del tiempo promedio de evacua­ ci6n y del tiempo total de evacuacion. Se desarrollaron modelos de redes de evacuacion de edifi­ cios similares al modelo de O'Leary y Gratz44 que evaluaban el

. ambiente de egreso dentro del edificio y las caracteristicas de

densidad y ubicacion de la poblacion. 45 Los modelos predecian

los flujos y tiempos de evacuacion~ e iclentificaban los proble­

mas de C(J.las. EI modelo se valid6 con datos de evacuaci6n de

edificios federales de gran altura y donnitorios universitarios.

Tarnbien se desarrollo Jlll modele de red para analisis de colas (QNM) para ser usacio en el analisis deldisefio de un edi­ fido relacionado can la convenieI).cia del sistema de egreso.
3-32 SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

cidadespara caminar eneste modelo se obtienen de los valo­ res de densidad de ocupantes desarroUadospor Predtechenskii y Milinskii. 39 EI modelo sedesarrollo mas tarde en la decada siguiente para incorporar una serie decaracteristicas de la vida real, como la presencia de ocupantes discapacitados, demoras previas al desplazamiento, esc,ogencias en la selecci6n de rutas de salida, etc. 50 En afios recientes, 10sprogresos en latecnologia'de com­ putadores han permitido una nueva generacion de modelos de computador que aprovechan el poder de los computadores de hoy y Ia sofisticaci6n de las nuevas herramiehtas de software. Muchos .de estos modelos son anaIogos a los modelos de ,desa­ ITolIo de incendios CFD. En lugar de usar descripcionesde nodo de red del edificio, estos modelos describen el espacio de los edificios como una malla o. rejilla, y usan un amilisis espa­ cial complejo y tecnicas generadas por computador para encon­ trar las rutas. En lugar de saltar de un nodo a otro, como pareceria que los ocupantes 10 hicieran en un modelo de red, los ocupantes se movenin de '~losa" en "los a" en la rejilla que cubre el plano del piso. Esto permite una ubicacion mas precisa de los ocupantes en los espacios. Toda la generaci6n actual de modelos inc1uye los fe116me­ nos que EXIT 89 pretendia tratar. Algunos de los nuevos mode­ los tambien incluyen fen6menos adicionales, pero siempre hay intercambios entre la amplitud y el detalle de los modelos y la magnitud de la informacion requerida. No esta claro' que' el poder de prediccion 0 exactitud de la red haya mejorado si re­ presentaciones mis sencillas que requieren informacion limitada y moderadamente incierta son reemplazadas por representacio­ nes complicadas y muy sofisticadas, las cuales requieren enor­ mes bases de datos y estan asociadas con una gran incertidumbre y gran dependencia de calculos subjetivos para compensar la falta de datos de campo. Resumiendo, la variedad de alternati­ vas seha expandido mucho en los ultimos afios, aunque no ha disminuido el valor delosmodelos mas sencillos. Debido a la variacion en las tecmcas usadas para modelar evacuaciones, no es posible presentar las ecuaciones utilizadas. Para eSos detaUes, el' lector debe remitirse aHl'1it~raturasobre modelos de iiiieiesparticular.' Y,a mecHd::i ()lie crece la lista de modelos de evacuacion disponibies, no sera posible relacionar los modelos aqui. Noseha realizado una comparacion verda­ deramente objetiva de la: variedad de modelos de evacuacion disponibles actualrnente, pero en la literatura se puede encontrar una breve resefia de muchos d~
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CAPITULO 2 •

Metodos de caiculo para prediccf6n de la evacuaci6n

3-33

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N., "A Simulation Model for Assessing Building Fire Characterization of Building Occupancies for F ire Safety Safety," Fire Technology, Vol. 18, No.1, 1982, pp. 66-75. neering: Capability of People with Disabilities to Read and 44. O'Leary, T. J., and Gratz, J. M., "An Analysis ofFire Evacuation cate Exit Signs," Fire Technology, Vol. 35, No.1, 1999, Procedures Using Simulation," Fire Journal, Vol. 76, No.3, pp.79-86. 1982,pp.119-121. 27. Fruin, J. J., Pedestrian Planning Design, Metropolitan Associa­ 45. Chalmet,1.. G., et aI., "Network Models for Building Evacua­ tion of Urban Designers and Environmental Planners, Inc., New tion," Fire Technology, Vol. 18, No.1, 1982, pp. 90-113. York, 1971. 46. Smith, J. M., "An Analytical Queuing Network Computer Pro­ gram for the Optimal Egress Problem," Fire Technology, VoL 18, 28. Predtechenskii, V. M., and Milinskii, A. 1., Planning for Foot Traffic Flow in BUildings, Amerind Publishing Company, Inc., No.1, 1982, pp. 18-33. New Delhi, India, 1978. 47. Watts, J. M., "Computer Models for Evacuation Analysis," Fire 29. Boyce, K. E., Shields, T. J., and Silcock, G. W. H., "Toward the Safety Journal, VoL 12, No.3, 1987, pp. 237-245. Characterization ofBuHding Occupancies for Fire Safety Engi­ 48. Fahy, R. E, "EXIT89: An Evacuation Model for High-Rise neering: Capabilities of Disabled People Moving Horizontally Buildings," Fire Safety Science-Proceedings of the 3rd Intema­ . and on an Incline," Fire Technology, VoL 35, No.1, 1999, tional Symposium, Elsevier Applied Science, New York, 1991, pp.51-67. pp.815-823. 49. Bukowski, R. W, et aL, HAZARD I-Volume I: Fire HazardAs­ 30. Shields, T. J., Fire and Disabled People in Buildings, Report BR sessment Method, NBSIR 87-3602, July 1987, NIST, Center for 231, Building Research Establishment, Garston, 1993. 31. Proulx, G., "Movement of People: The Evacuation Timing," Fire Research, Gaithersburg, MD. 50. Fahy, R. F .. "Verifying the Predictive Capability ofEXIT89," Section 3, Chapter 13, SFPE Handbook ofFire Protection Engi­ neering, 3rd ed., National Fire Protection Association, Quincy, Proceedings of the 2nd International Symposium on Human Be­ MA, 2002, p. 3-342. haviour in Fire, Interscience Cormnunications Ltd., London, UK, 32. Galbreath, M, "Time of Evacuation by Stairs in High Build­ 2001, pp. 53-64. " Ontario Fire Marshal, Vol. 5, No.2, 1969. 51. Gwynne, S., et ai, "A Review of the Methodologies Used in the 33. Melinek, S. J., and Booth, S., "An Analysis of Evacuation Times Computer Simulation of Evacuation from the Built Environ­ ment," Human Behaviour in Fire-Proceedings of the 1st Inter­ and the Movement of Crowds in Buildings," CP 96175, 1975, national Symposium, University of Ulster, Belfast, UK, 1998, Building Research Establishment, Fire Research Station, Bore­ hamwood, UK. pp. 681--690. 52. Human Behaviour in Fi~e--Proceedings of the 18t International 34. Pauls, J. L., "Calculating Evacuation Times for Tall Buildings," Fire Safety Journal, Vol. 12, No.3, 1987, pp. 213-236. Symposium, University of Ulster, Belfast, UK, 1998. 53. Proceedings of the 2nd International Symposium on Human Be­ 35. Nelson, H. E., and MacLenna, H. A., "Emergency Movement," SFPE Handbook ofFire Protection Engineering, 2nd ed., haviour in Fire, Interscience Communications Ltd., London, UK, 2001.

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Revisado por

James K. Lathrop

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stecapitulo cubre los vonceptos fundamentales delbuen disefio de los medios de evacuaci6n que son la base de NFPA J01®, C6digo de Seguridad Humana®, y NFPA 5000™, de Construccion ySeguridad de LL"",GlU\}. NFPA 101 estipula las buenas pnicticas para proporcionar ele­ mentos de proteccion humana en edificios y estructuras exis­ tentes y caracteristicas que pueden ser disefiadas como partes integrales de las nuevas construcciones para ofrecer a los ocu­ pantes seguridad razonable contra incendios. NFPA 5000 trata solamente sobre nuevas construcciones, pero cubre la protec­ cion humana contra muchos riesgos ademas de los incendios. Los componentes de los buenos medios de egreso son tratados en detalle con sus funciones y relaciones en e1 concepto total del disefio adecuado de medios de evacuacion. Tambien se discute el modelado computarizado y la simulacion para ayudar el pro­ ceso de disefio de medios de evacuaci6n.

FUNDAMENTOS DE DISENO El enfoque del disefio de medios de egreso requiere primero el conocimiento de las reacciones de las personas en emergencias de incendio. Estas reacciones pueden variar ampliamente, de­ pendiendo de las capacidades mentales y fisicas y las condicio­ nes de los ocupantes del edificio. Los factores psicologicos y fisiologicos que afectan el uso de las salidas durante emergen­ cias estan siendo identificados y dimensionados mediante estu­ dios de investigaci6n. El Dr. John L. Bryan aborda detalladamente Ia respuesta de comportamiento ante el fuego y humo en la Secci6n 3, Capitulo 12 del Handbook ofFire Pro­ tercera edici6n. 1 tection Engineering de la Tambien deben entenderse los patrones de moviliZacion de las personas, individual y en multitudes. En los edificios utili­ zados como escuelas y teatros que albergan ocupantes de gran movilidad, por ejemplo, hay ciertas caracteristicas reproducibles del fiujo de personas que salen de los edificios. Estas caracte­ risticas predecibles han dado Iugar a simulaciones y modelos computarizados para ayudar al proceso de diseiio de medio de

James K. Lathrop es vicepresidente de Koffel Associates de Ellicot City, Maryland, y Niantic, Connecticut. Es miembro del Comite Tec­ nico en Fundamentos; Ocupaciones de AsHos; El C6digo Uniforme de Incendios de la NFPA; y suplente del Comite Tecnico en Medios de Salida. Es presidente del Comite Tecnico en Ocupaciones Resi­ denciales.

ev~uaGi6n.· , Sin ,embargo, ningun.medio,de salida practico puede evitar lesiones 0 perdida de vidas si el flujo de salida de los ocupantes esta inhibido 0 impedido pOI el propio edificio, por el personal de empleados, 0 por condiciones de incendio y humo. En la Seccion 3, Capitulo 13 del Handbook ofFire Pro­ tection Engineerinfi de la SFPE se puede encontrar un examen detallado de movimientos de personas por Pauls y tambien en "Emergency Movement" por Nelson y McLennon en la Secci6n 3, Capitulo 14 del mismo documento. 3

Factores Humanos El disefio y capacidad de los pasadizos, escaleras y otros compo­ nentes de los medios de egreso se relacionan con las dimensiones fisicas del cuerpo humano. Debe tenerse en cuenta la tendencia de las personas a evitar el contacto fisico con otros como factor importanteen la determinacion del numero de personas que ocu­ paran un determinado espacio en un momento dado. Si se les da la oportunidad.las personas establecen automaticamente sus "te­ rritorios" para evitar el contacto directo con las demas. Los estudios demuestran que la mayoria de adultos miden menos de 520 mm (20,7 pulg.) de un hombro a otro, sin margen para el espesor de la ropa. 4 Se utiliza el concepto de "eJipse hu­ mana" para realizar el disefio de sistemas de salidas peatonales. EI eje mayor de la elipse mide 609 rum (24 pulg.) y el menor 457 rum (18 pulg.). Esta elipse equivale a una superficie de 0,21 m2 (2,3 pies 2),que puede seivir para ayudaI' a ca:lculat la capacidad pnictica maxima de un espacio con personas de pie. EI movimiento de las personas produce una accion de ba­ lanceo que varia de un hombre a una mujer y, dependiendo del tipo de movimiento, varia cuando se hace por escaleras, en superficies planas, 0 en multitudes densas. Se ha observado que el balanceD del cuerpo tiene un rango de 38 mm (1 Ih pulg.) de derecha a izqUlerda durante el movimiento libre normaL Cuando el movimiento se reduce a arrastrar los pies en multitudes den­ sas y por escaleras, se observo un rango de balanceD de casi 101 rum (4 pulg.). Teoricamente, esto indica que se requeriria un ancho total de 762 mm (30 pulg.) para acomodar una fila de pe­ atones subiendo 0 bajando escaleras. 5 Amontonar personas en condiciones que no sean de emer­ gencia, donde haya menos de 0,28 m2 (3 pies 2) de espacio dis­ ponible por persona, puede crear riesgos. Cuando se reduce el area promedio ocupada pOI persona a 0,25 (2 pies 2) 0 menos, el contacto sera inevitable. Sobra decir que bajo la pre-. SIOn que existe durante un incendio, tal aglomera­ cion y contacto contribuira a aumentar la presion en la multitud,

3-35

3-36 SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

causando lesjones. Cuando se Jotm.a una cola debido a una si­ tliaoii)naffificia1,tempora16"adausa dealgima caracteristica peIDlanente del disefio, el control de las multitudes se dificulta, poniendo en peligro el bienestar de los individuos.

Factores que Afectan el Movimiento de las Personas Existen varios factores que deteIDlina la rapidez con que las per­ sonas pueden atravesar los medios de egreso. En pasadizos peatonales horizontales se alcanza una veloci­ .dad .promedio..caminando de 76 .mImin(250.piesimin)en condi­ m2 (25 pies2) de espacio disponible ciones deflujo libre,con por persona. Las velocidades por debajo de los 44 mlmin (145 pies/min) producen un movimiento lento (arrastrandolos pies), 10 cual restringe el desplazamiento. La Figura 3.3.1 adaptada del Informe de Investigaci6n No. 95 del London Transport Board>, muestra el indice de reducci6n de velocidad para concentracio­ nes en espacios inferiores a 0,65 m 2 (7 pies 2) por persona. Las velocidades inferiores a 0,44 mlmin (145 pies/min) causan arras­ tre de pies, y fmalmente se llega a un punto de atascamiento con una persona por cada 0,18 m 2 (2 pies 2). Existe.la posibilidad de comportamiento inadaptado significativo cuando se limita el mo­ vimiento de salida, y el problema se toma urgente en condicio­ nes de exposicion al fuego, especialmente cuando hay mas de una persona por cada 0,28 m 2 (3 pies2). Los calculos de velocidad de tlujo que utilizan velocidad em/min (pies/min)] y densidad [personas/m2 (pie2 )] .dan a cono­ cer el flujo [personas/minim (pie) de anchoJ, el cual aumenta a medida que el area peatonal disminuye. Los incrementos de tlujo continuanin hasta que el avance llegue a restringirse al punto donde el flujo comienza a decaer. Es interesante anotar que las observaciones de velocidades de tlujo en un estudio mostraron que a veces ocurria la misma velocidad de flujo aun­ que las velocidades de las personas al caminar eran significati~ vamente diferentes. La investigaci6n revelo que la tasa de disminucion de velocidad, acompaflada de un aumento en den­ sidad, produce velocidades de flujo uniformes en una variedad

de condiciones. . Un estudio deacerasindica que en pasadizos de mas de 1,2 m(4pies) de ancho, las veloddades de f:1ujo son directamente proporcionales a 1a anchura. EI InfoIDle deInvestigacion No. 95 de1£qndonTransportBpcJT(f' estableci6' que v~locida.d de flujo en pasadizos horizontales es de 27 personas/mini 1 pie (0,30 m) de ancho. El desplazamiento bajando escaleras se es­ tableci6 como de 21 personas/minl1 pie (0,30 m) de ancho, mientras que el desplazamiento ascendente se redujo a 19 per­ sonas/minlO,30 m (1pie) de ancho. Cuando el ancho de una m (4 pies), la ve10cidad de flujo depende acera es inferior a del numero de carriles de trafico posibles. Las velocidades ma­ x{mas~bsolutas . 'clla;;(fooo-{ITea dt~ aproiil11adamente 0,28 m (3 pies 2) es ocupada por persona, 10 que se aplica tanto a nivel de andenes como de escaleras. Sin embargo, se ha esta­ blecido empfdcamente que las ve10cidades maximas de flujo ba­ jando escaleras en edificios de gran altura ocurren cuando el espacio ocupado porpersona es de 0,37 a 0,46 m2 (5 pies 2), como se muestra en laFigura 3.32.5 Cuando hay tlujo enambas direcciones, en pasadizos, hasta el punto donde ambos flujos son de igual magnitud, no hay reduccion significativa en el flujo total por debajo de 10 que podria predecirse teniendo como base el flujo en una sola direccion en el mismo pasadizo. Ademas, el flujo puede ser 50 por dento mayor en pasadi­ zos cortos de menos de 3,05 m (10 pies) de longitud que a tra­ yeS de pasadizos largos de la misma anchura. Las 0 bstrucciones menores dentro de un pasadizo no parecen tener efectos cativos sobre el flujo. Dentro de un pasadizo de 1,82 m (6 pies) de ancho, no hay ningun efecto sobre las ve10cidades de flujo al introducirle una proyecci6n de 0,45 m (1 pie). Una proyecci6n de 0,61 m (2 pies), que produce una reduccion de 33 por dento en el ancho, reduce la velocidad de flujo en aproximadamente 10 por ciento. Sin embargo, una obstruccion mayor, como las que ocurren en una taquilla 0 en un tomiquete, puede intermmpir el movimiento de las personas y reducir las ve10cidades de flujo. 50r------r-----,,-----,------.------~

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FIGURA 3.3.1 Velocidad en pasadizos pIanos (unidades si; 1 pie/min 0,305 m/min; 1 pi£!' = 0,093 f'Ti)

FIGURA 3.3.2 Efecto de la densidad sobre el flujo que baja por las escaleras de salida en evacuaciones de edificios de oficinas de muchos pisos5 (unidades si: 1 pi£!' = 0.032 rr(2)

CAPITULO 3 •

Las esquinas, curvas y desniveles leves, hasta de 6 por ciento, aparentemente no son factores detenninantes de las ve­ locidades de flujo. Si ocurre una leve reduccion en la velocidad pero la velocidad de flujo se mantiene por la mayor concentra~ cion de personas. Un pasamanos 0 montante central (parteluz) que dividan un pasadizo en secciones mas angostas puede reducir mas la capa­ cidad del pasadizo. La capacidad observada de una escalera de 1,82 m (6 pies) de ancho revela una reduccion de 130 a 105 per­ sonas/minuto despues de la instalacion de un pasamanos central. Exceptuando las:personas muy jovenes y muy ancianas, la edad no parece ser un factor importante para detenninar la ve­ loci dad de desplazamiento. Los estudios han demostrado una reduccion significativa en la velocidad de personas mayores de 65 afios para caminar. Ademas, estos estudios han revelado que es posible un aumento de 40 por ciento en la velocidad nonnal para caminar, 10 que tiende a descontar este factor como una in­ fluencia importante en las velocidades de flujO.4 Para illfonnacion adicional ver la Seccion 3, Capitulo 13 del SFPE Handbook ojFire Protection Engineering.

Metodos de C€tlculo del Ancho de los Medios de Evacuaci6n Se utilizan dos principios basicos para detenninar el ancho ne­ cesario de una salida, fundamentados en las caractensticas es­ peradas de una poblacion con ocupacion espedfica. EI Metodo de Flujo. Este metoda usa la teoria de evacuacion de un edificio dentro de un tiempo maximo especificado. Las ve­ locidades de flujo se han establecido tradicionalmente en 60 per­ sonas por 559 mm (22 pulg.) de ancho/minuto a traves de pasadizos horizontales y puertas. En ediciones anteriores de NFPA 101, este ancho de 559 mm (22 pulg.) se conoda como 1 "unidad" de ancho de salida. Solo se dio credito a unidades en­ teras 0 1/2 unidad; 1/2 unidad era de 12 pulg. El metodo de flujo puede aplicarse en ocupaciones para reuniones publicas como teatros y en ocupaciones educativas es donde las personas esmn alertas, despiertas y presumiblem:ente en buenas condiciones fi­ sicas. La Figura 3.3.3 ilustra el tiempo de flujo en segundos en relacion con el ancho efectivo de la escalera por persona y las unidades.de ancho. El concepto de ancho efectivo de escalerasde Pauls 7 de­ fiende la consideracion de que solo una parte de la escalera es usada en el desplazamiento efectivo de los ocupantes, de acuerdo con 10 observado en evacuaciones funcionales y practi­ cas. Este ancho esta establecido en 150 mm (6 pulg.) de espacio libre de cada lade del muro de la escalera. Metodo de Capacidad. Este metodo esm fundamentado en la teoria de que deberfa proveerse un numero suficiente de escale­ ras en el edificio para acomodar adecuadamente a todos los ocu­ pantes sin requerir ninglin desplazamientoo flujo par fuera de las escaleras. En teona, asumiendo que el pozo de la escalera pro­ vee un area segura y protegida paratodos los ocupantes dentro de la barrera protectora fonnada por el cerramiento de la escalera, la evacuacion del edificio puede ser mas calmada, pennitiendo a las personas desplazarse a una velocidad de acuerdo con sus ca­

Conceptos de diseno de medios de evacuaci6n

3-37

Contrahuella de 165.mmj6,5 pulg.), huellade 330 mm (13 pulg.) Contrahueliade 180 mm (7,0 pulg.), huella de 280 mm (11 pulg.) Cantrahuellade 190 ~m (7,5 pulg.), huella de 255 mm (10 pulg.)

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8 Referencia de capacidad tradicianal: Dos unidades de ancha de salidal120 personas

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Tiempo(s) de flujo.

FIGURA 3.3.3 Re/aci6n entre ancho efectivo de esca/eras y unidades de ancho de /a sa/ida por persona y tiempo de flujo para tres dimensiones de esca/eras7

pacidades fisicas. El metodo de capacidad reconoce que la eva­ cuacion de edificios de gran altura es muy exigente. Ademas, la evacuacion de una instalacion sanitaria puede ser muy lenta. Por 10 tanto, se establecen criterios de disefio que penniten mante­ ner a los ocupantes dentro de las salidas 0 areas de refugio.

Aplicaci6n Los metodos de capacidad y fluj 0 pueden aplicarse ambos al di­ sefio eficiente de salidas; dependiendo de circunstancias esped­ ficas. Donde se supone que las personas sean fisica 0 mentalmente enfennas, ancianos, personas dunniendo 0 disca­ pacitadas de alguna manera, es poco aconsejable la evacuacion y uso del metodo de flujJ. Por consiguiente, el metodo de ca­ pacidad, que provee un -sitio para cada persona dentro de un area de refugio, es el metodo apropiado. Hay muy poco tiempo entre la alanna y el uso de una salida en ocupaciones para reuniones publicas, y las velocidades ma­ ximas de flujo que causan reducciones en el area de cada per­ sona pueden dar como resultado flujos de trafico reducidos. Por otro lado, el control de los nifios en una institucion educativa, junto con su familiaridad con el entorno, sus altas capacidades fisicas, y su experiencia en los programas de sirnulacros de in­ cendio debenan producir unos tiempos de evacuacion cortos. El metodo de flujo parece tener su aplicacion en aquellas ocupa­

1-----------------------------------------------------------

3-38

SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

ciones donde se considera que las personas estan alertas, des­ piertas y con capacidades fisicas normales. Pauls ha revisado la literatura hist6rica actual sobre los principiosde movimiento de las personas, establecimiento de ancho de salidas, y el diseiio de medios de salida. 8

Diseno de los Medios de Egreso EI diseiio de medios de egreso implica mucho mas que cifras, velocidades de fiujo y densidades. La salida segura de un edifi­ cio requiere una via de escape segura desde el ambiente del in­ cendio. EI camino debe estar dispuesto para uso inmediato en caso de emergencia y deberia ser sufiClente para permltir que todos los ocupantes a un lugar seguro antes de que sean expuestos al peligro por el fuego, humo 0 calor. EI disefio ade­ cuado de salidas permite que todas las personas salgan de las areas en peligro de incendio en el tiempo mas corto po sible con el uso eficiente de las salidas. Si se descubre un incendio en su etapa incipiente y los ocupantes son avisados prontamente, puede realizarse una evacuacion exitosa. Las distancias de recorrido de evacuacion estin relaciona­ das con el riesgo de incendio de los contenidos. A mas alto riesgo, mis corta la distancia de recorrido hasta la salida. Dependiendo del entorno fisico de la estructura, las carac­ teristicas de los ocupantes, y de las instalaciones de deteccion y alanna, el fuego 0 el humo pueden impedir el uso de un medio de salida. Por 10 tanto, esesencial por 10 menos un medio de sa­ lida alternativo distante del primero. La disposicion de dos me­ dios de egreso separados es una seguridad fundamental, excepto cuando el edificio 0 recinto es pequefio y esti dispuesto de tal marrera que una segunda salida no provee un aumento aprecia­ ble en la seguridad. Hay menos 0 ninguna ventaja en los medios de egreso separados si se debe recorrer un espacio comUn 0 usar caracteristicas estructura1es comunes que produzcan la perdida de los dos medios de egreso distintos y separados fisicamente. Un ejemplo de una estructura "comtin" es el edificio de rnuchos pisos donde se usan esca1eras de tijera. Estas son dos esealeras encerradas dentro de un pozo cornun, separado pOI un tabique (pared medianera) comun a ambas escaleras. Las es­ caleras de tijera se usan algunas veces para proporcionar la ca­ pacidad de salida requerida minimizando la per-dida de valioso espacio de suelo. Sin embargo, cuando un conjunto de escale­ ras de tijera es el Unico medio de salida donde se requieren dos salidas remotas, se puede estar violando el principio funda­ mental de disefio de dos medios de egreso seIYdfados. Si faila el tabique comun entre las escaleras, se producira la perdida S1­ multineade ambas salidasdurante el incendio, sin dejar ningtin medio alternativo de egreso. Por 10 tanto, con escaleras de tila validez de los dos medios separados de salida depende de las caracteristicas de disefio y construcci6n del tabique coman (Figura 3.3.4). En algunas propuestas de disefio de salidas, todas las sali­ das a traves de un solo vestibulo a nivel de la calle, aunque este procedimiento representa el recorrido de salida a traves de un espacio comUn. Esta filosofia de diseiio presume que el vestIbulo puede considerarse como un area segura para todas las necesidades futuras de egreso durante la vida del edi­ fieio. Cuando se requieren dos medios remotos de salida, este tipo de disefio de salida es inadecuado.

NFPA JOllimita las aberturas en cerramientos de salida a aquel1as necesarias para el acceso al cerramiento desde los es­ pacios normalmente ocupados y para el egreso desde el cerra­ miento. La penetraci6n de cerramientos por conductos u otros servicios (publicos) constituye un punto d6bil que puede causar la contaminacion del cerramiento durante un incendio y no de­ beria permitirse. Ademis, no es una buena prictica usar los ce­ rramientos de salida para cualquier fin que pudiera interferir con su funcion como salidas. Por ejemp10, los cerramientos de es­ caleras de salida no deberian usarse para almacenaje 0 cualquier otro uso que no est6 relacionado con las salidas 0 areas de refu­ gio para la movilidad de personas minusvi1idas. El traslado de personas discapacitadas es una consideracion importante en e1 disefio de un medio de egreso de emergencia de un edificio. Una puerta de 813 mm (32 pulg.) se considera como el ancho minima para acomodar a una persona en silla de rue­ das. Como en todos los tipos de edificios puede haber emplea·

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x FIGURA 3.3.4 Ventajas y desventajas de Jas escaJeras de tijera versus escaleras convencionales. Este conjunto de escalera de tijera pro vee fa misma cJase de puertas remotas de safida 0 entra-da que las escale-ras dentro de un cfrculo que se muestran en Ifneas punteadas fa distancia de recorrido para los ocupantes es la misma, aun si las escaleras de salida punteadas estuviesen ubicadas en esquinas opuestas como se indica en las marcas en cruz. Se economiza espacio; sin embargo, la integridad de la separaci6n de las dos escaleras de tij'era puede crear dudas.

CAPiTULO 3 •

dos 0 visitantes impedidos, se recomiendan consideraciones es­ peciales de seguridad hurnana. La edici6n 2000 de NFPA 101 contiene varias estipulaciones adicionales para proteger la mo­ vilidad de personas discapacitadas.

CODIGO DE SEGURIDAD HUMANA NFPA 101, presentada en 1927 y revisada y reeditada en edicio­ nes sucesivas, fue desarrollada por varios comites bajo la lancia del Comite Tecnico Correlativo sobre Seguridad Hurnana, un grupo representativo dedicado a la seguridad hurnana contra incendios. La NFPA se ocupa primordialmente de las condiciones que amenazan la vida de los individuos en incendios de edificios.Este objetivoes diferente a las dlsposiciones de pro­ tecci6n contra incendios de los c6digos de construccion, que tiene que verconla preservacion de la propiedad, ademas de la preservacion de la vida hurnana. En la edicion 2000, la NFPA anunci6 su intenci6n de escribir un c6digo de construcci6n: NFPA 5000™, CMigo de Construccion y Seguridad de Edifi­ ciosTM. primera edici6n, que debia publicarse en 2003. Las esti­ pulaciones de NFPA 5000™ para los medios de egreso fueron escritas por los mismos comites que escriben NFPA 101. Por esto, las discusiones aquf se referiran a NFPA 101. Es igualmente aplicab1e a NFPA 5000™, para construcciones nuevas. Los medios de egreso adecuados solos no son garantia de protecci6n contra incendios. Estos no protegen a una persona cuyo descuido causa una amenaza para la vida hurnana, como prenderle fuego a sus ropas. 8uficientes medios de egreso, por sf solos, tampoco proveen protecci6n adecuada en ocupaciones tales como hospitales, sanatorios 0 asilos, carceles, centros de cuidados asistenciales e instituciones mentales, donde los ocu­ pantes estin recluidos 0 son fisica 0 mentalmente incapaces de escapar sin ayuda efectiva e inmediata. NFPA 101 reconoce estas situaciones y provee medidas de seguridad hurnana, inclu­ yendomateriales de baja propagacion de llamas 0 produccion de . . Ademas,los siste­ hurno redncida para los acabados mas de rociadores aulomaticos y control del hurno iequeridos por NFPA 101 estan diseiiados para contener la propagacion del ayudar a defender a los ocupantes dentro de fuego y hurno Y, un area de refUgio basta que puedan usar las salidas 0 hasta que se baya extinguido el incendio. En general, para salvar a los ocupantes de un edificio con­ que esm en NFPA 101: tra un incendio se requiere 10

as1

Conceptos de diseflo de medios de evacuaci6n

3-39

6. Disposidon de sistemas de deteccion 0 alarma para alertar a los ocupantes y notificar al cuerpo· de bomberos en caso de incendio. 7. Iluminaci6n adecuada de los medios de egreso. 8. Sefializaci6n adecuada de los medios de egreso, e indica­ ci6n de direcciones. 9. Protecci6n de los equipos 0 areas de riesgo inusual que pue­ dan producir unincendio capaz deponer en peligro a los ocupantes que estan saliendo. 10. Iniciaci6n, organizaci6n y practica de procedimientos de simulacros de incendio eficaces. 11. Disposici6n de materiales de instruccion y sistemas de alarma de voz en ocupaciones de altadensidad yalto riesgo para la vida humana, con e1 fin de facilitar un comporta­ miento adaptable. l2.Uso de materiales de acabado interior que eviten la prop a­ .gacion de llamas altas 0 producci6n de bumo dense que po­ ddan poner en peligro a los ocupantes que salen. La Figura 3.3.5 ilustra algunos de los principiosde seguri­ dad de salida. }j-PPA 101 reconoce que no se puede confiar totalmente en ninguna protecci6n individual, ya que cualquier medio Unico de protecci6n podria no funcionar debido a una falla mecanica 0 humana. Por esta razon, deberian proveerse protecciones re­ dundantes, una de las cuales podria ofrecer un nivel razonable de seguridad hurnana. NFPA 101 tambien recomienda protec­ ci6n especial para areas peligrosas y especifica d6nde se rePor 10 menos dos vias de salida remotas

Salidas adicionales de acuerdo con el numero.oe personas y riesgo relativo de incendio. Salida disponible a una dista'1cia de recorrido razonable.

1. Suficientes medios de egreso despejados, debidamente di­ sefiados con capacidad y distribucion adecuadas. 2. Disposicion de medios alternativos de salida para usar si un medio de egreso es obstruido por el fuego, calor 0 humo. 3. Proteccion del medio de egreso contra el fuego, calor y hurno durante e1 tiempo de salida determinado por la carga de ocupacion, distancia de recorrido, y capacidad de salida. 4. Subdivision de areas por la constrocci6n adecuada-para proveer areas de refugio en aquellas ocupaciones donde no se considera primordialla evacuaci6n total. 5. Protecci6n de aberturas verticales para limitar la operaci6n del equipo de proteccion contra incendios a un solo piso. FIGURA 3.3.5 Principios de seguridad de las salidas

3~O

SECCION 3 •

Compol1amiento humano en emergencias de incendios

quieren sistemas de roeiadores automaticos, deteccion, y otros sistemas de l'roteccion. NFPA 101 se usa ampliamente como una guia de la buena prnctica y como base de las leyesy reglamentaciones locales. Di­ fiere de los c6digos de construccion porque generalmente hace poca distinci6n entre las diferentes clases de construccion de los edificios. Sin embargo, .cuando la evacuacion total de un edificio no es conveniente, debido ya sea a Iascaracteristicas de los oeu­ pantes 0 al entorno del edificio, el ti1'o de construccion se con­ vierte en una variable importante que deberiatenerseen cuenta. NFPA 101 tambien reconoce que todos los edificios habi­ tables contienen suficiente cantidad de materiales combustibles para producir cantidades letales dehumoy calor. 9•10 Ademas, los estudios de desastres con victimas fatales han establecido que las propiedad toxicas del hurno son el peligro principal para la vida,H y.este peligro se reconoce enNFPA 101. NFPA 101 debe ser aplicada tanto a edificios nuevos como existentes y esta disefiada para proveer un grade razonable de seguridad humana contra incendios en ambos tipos de edificios. Se ha otorgado a la autoridadcompetente suficiente amplitud para lograr conformidad con los edificios existentes. Cada edi­ ficio existente representa un caso especial que requiere atencion individual para el metodo mas eficaz y economico de obtener un grado razonable de seguridad humana. No se debe aceptar necesariamente el argumento de que los edificios construidos hace muchos afios, de acuerdo con todas las estipulaciones legales, son suficientemente seguros actualrnente. 8i se considera prohibitivo el costo economico de una seguridad humana razonable, deberia cambiarse 0 prohibirse la ocupacion 0 estructura porque no hay justificacion para someter a los ocupan­ tes de un edificio a un grade irracional de peligro de incendio. Puede haber diferentes opiniones sobre 10 que constituye una seguridad humana razonable contra incendios, cual sea el caso ihdividual. No es posible garantizar a los ocupantes 100 pot cieritodeseguridad hurnana contra un incendio; mas alla de ciertas condiciones, un edificiose vuelve peligroso para la se­ guridad humanade losocupantes en un incendio. l,Como debe­ ria la autoridad competente establecer las mirlirnas cOJldiciones? NFPAI01 ofrece gufaspara estas.dedsiones co~ laaylJda de es­ tudios sobre incendios con grandes perdidas de vidas,12, 13inves­ tigacion del.desarrollo delos incendios,1O,14 evacuacion del personal, 15.17y comp6rtahfientbhuma:no :18.19 NFPA 101 examinaJapoblacion de diferentes ocupaciones de acuerdo a su riesgode seguridadhurnana percibido, 10 cual inc1uye variables psicologicas y socio16gicas, ademas de los fac­ tores fisiologicos y ambientales. Estas clasificaciones de ocu­ paciones son: de reuniones publicas, educativas, guarderias, sanitarias, atencion de pacientes ambulatorios externos, peni­ tenciarias y correccionales,residencial, asHos y centros de aco­ gida residenciales, mercantiles, de oficinas, industriales y de almacenamiento. Tambien se incluyen disposicione8 para pro­ p68itos especiales y edificios de gran altura. Las disposiciones de los medios de egreso son hechas se­ paradamente para cada clasificacion de ocupacion, incluyendo los diferentes subgrupos de ocupaciones. Estas clasificaciones, basadas en la percepcion de riesgos para la. seguridad hurnana contra un incendio, con frecuencia difieren de la c1asificacion de ocupaciones de las ediciones anteriores de cMigos de construc­

ci6n. Por ejemplo, las ocupaciones mercantiles y de oficinas se agrupaban a menudo en las ediciones anteriores de esos codigos. Sin embargo, parece haber un riesgo mayor para la vida hurnana en instalaciones mercantiles, causados por las exhibiciones de mercancias combustibles, la mayor densidad de ocupaci6n, y el caracter transitorio de la mayoria de ocupantes. Estos factores no seencuentran generalmente .enlosed1ficios de oficinas y educativos que tienen contenidos combustibles relativamente bajos, densidad de poblacionmenor, y ocupantes normalmente alertas quienes est::ln diariamente en el edificio y presurnible­ mente tienen la oportunidad de farniliarizarse con los medios de egreso por cl uso ysimulacros de eyacuacion.

INFLUENCIAS SOBRE LAS SALIDAS InHuencia de Riesgo de los Contenidos La evaluacion del riesgo de los contenidos de edificios debe tener en cuenta la probabilidad relativa de ignicion de los com­ bustibles, la propagacion de llamas y calor, la probable genera­ cion de humo y gases por un incendio, y la posibilidad de una explosion causada por incendios u otras fallas estructurales que pueden poner en peUgro a los ocupantes. El grado de riesgo es generalmente determinado por la infJamabilidad 0 toxicidad de los coritenidos y por los procesos u operaciones llevados a cabo el edificio. La mayoria de los requisitos de NFPA 101 se basan en la exposicion creada por contenidos con un riesgo ordinario. Los requerimientos especiales para areas con contenidos de riesgo alto generalmente consisten de sistemas de protecci6n es­ pecial, aislamiento del area de riesgo por medio de construcci6n resistente al fuego. distancias de recorrido mas cortas y medios de egreso adicionales. Para ayudar en la evaluacion de riesgos de contenidos, NFPA 101 establece tres clasificaciones de contenidos: (1) riesgo leve, (2) ordinario, y (3) alto, que se tratan a continua­ cion. Estos no deben confundirse con las c1asificaciones esta­ bleCid~spoiJ'~FPA 10, Nonna para ExtintoresPortatilesde Incendfo,o NFPA 13, Norma para la Instalacion de Sistemas de Rociadores, nicon aqueUas establecidas enalgimos codigos mo­ delo de construccion. ... .

Contenidos de Riesgo Leve.. Estos son contenidos de tan baja combustibilidad que no puede ocumr en enos un incendio auto­ propagable. En consecuencia, el itnico riesgo probable que re­ quiere el uso de salidas de emergencias sera del humo 0 del incendio de alguna fuente exterua. Estes son extremadamente raros. Un ejemplo es el almacenamiento de laminas de metal sin empaque combustible. Contenidos de Riesgo Ordinario (Moderado). Estos son con­ tenidos expuestos a quemarse con rapidez moderada y pueden producir un volumen considerable de hurno. Esta clase inc1uye a la mayoria de construcciones y es la base de los requisitos ge­ nerales de NFPA 101. Contenidos de Riesgo Alto. Contenidos expuestos a quemarse

CAPiTULO 3 •

con mucha facilidad 0 que pueden explotar en caso de incendio. Por ejemplo, ocupaciones ~n las cuales se rnanipuhin, utilizan 0 almacenan liquid os 0 gases inflamables; en los cuales existe pe­ ligro de explosion de polvos; donde se almacenan productos qui­ micos peligrosos 0 explosivos; donde se procesan 0 se manejan fibras cornbustibles de una forma que produce combustibles en suspension; y situaciones similares.

Influencia de la Construcci6n

y Diseno de los Edificios Un edificio de oonstrucci6n c1asificada como resistente al fuego esta disefiado parapermitir la quema total de los contenidos sin desplome de la estructura. El disefio con clasificaciqn de resis­ tencia al fuego no garantiza 1a seguridadde la vida de lOS-OCll'" pantes del edificio. t2,13 Sin embargo, la capacidad deL armaz6n estructural para mantener la rigidez del edificio bajo exposicion al fuego es importante para el mantenirniento de la proteccion de resistenciaalfuego de los cerramientosde salidas. Cuando se requiere tmc.erramiento de salida de 2 horas de resistencia al fuego, se necesita .tambien un marco estructural con c1asifica­ cion de resistencia al fuego capaz de resistir las cargas impues­ tas por el fuego durante un periodo similar. Es inconsistente proveer un cerramiento de salida con resistencia de 2 horas en un edificio con armazon estructural con clasificaci6n inferior a 1 hora de resistencia al fuego, por ejemplo, a menos que se tomen precauciones especiales en la construccion para evitar que la falia estructural del edificio peljudique la construccion que protege los cerramientos de salidas. La proteccion de aberturas verticales es uno de los fac­ tores mas significativos en el disefio de edificios de muchos pisos, desde el punto de vista de proteccion hurnana y disefio de salidas. Como la tendencia natural del fuego en un edificios es propagarse hacia arriba, se requiere atencion cuidadosa a los de­ talles de disefio y construcci6n para minimizar este efecto. Uno de los riesgos mayores para la seguridad humana es causado por incendios que empiezan por debajo de los ocupantes y de los medi9sde sali4a,c;oIllo en sotanos, 0 en el nivel de las descar­ gas de'salidalgualmente, los incendios en edificios de muchos pisos, puedengenerar propagacion de hurno dentro de las sal i­ das encerradasantes de la evacuacion. 12,13,18 Por el contrario, el escape de los incendios que suceden por encima de los ocupan­ tes es relativamente sencillo, siempre que estos sean puestos sobre aviso y los medios de escape adecuados esten disponibles. La influencia de los materiales usados en la construccion de edificios sobre la seguridad hurnana de los ocupantes depende principalmente de si los materiales causaran propagacion de las llamas, aguantaran la combustion, 0 produciran cantidades de humo denso al exponerse a un incendio que comprometa ini­ cialmente los contenidos del edificio. Por ejemplo, algunos ma­ teriales utilizados como aislamiento podrian contribuir al rapido desarrollo de las llamas y propagacion de la produccion hurno denso. Las paredes de mampostena que encierran un armazon de madera interior no ofrecen mayorseguridad para la vida de los ocupantes comparada con las estructuras totales de armazon de madera. Los requisitos estin fundamentados en edificios de disefio

Conceptosde disefio de mediosde evacuaci6n

3-41

convencionaL Los edificios pococomunes, como aquellos sin ventanas 0 con ventanas que no se abren, necesitan considera­ cion especiaL Las ventanas proporcionan varias ventajas en un incendio. Las personas cerca de ventanas que se abren tienen acceso al aire libre, pueden ver el progreso de las operaciones de rescate de los bomberos, y pueden comunicarse verbal y visual­ mente con el personal de rescate y por 10 tanto, podnanestar menos propensasal estres y ansiedad. Las ventanas proveen un medio de escape y acceso de los bomberos al edificio para la­ bores de rescate y combatir el incendio. Los rociiidoieSauto­ maticos se consideran un requisito primordial para la seguridad humana enedificios sin ventanas, con ventanasque no Syp:ue­ den abrir, y en construcciones subterraneas.

Influencia de los Acabados Interiores, Mobiliario y Decoraci6n La propagacion nipida de las llamas sobre la superficie de muros, cielorrasos, 0 revestimientos de pisos puede impedir a los ocupantes el uso de los medios de egreso. En general, NFPA 1011imita la c1asificacion del indice de propagacion de llama de los materiales de acabados interiores en paredes y cielorrasos a un maximo de 200, sustentado en los resultados de pruebas re­ alizadas de acuerdo con NFPA255, Metodo Normalizado de Pruebas de las Caracteristicas de 9ombusti6n Supeificial de los Materiales de Construccion, conocida tambien como ASTM E84. Se prescriben clasificaciones mas bajas para los materia­ les de acabado interior utilizados en las salidas y accesos a las salidas. Tam!Jien se requieren materiales c1asificados con indi­ ces mas bajos de propagacion de llama en clertas areas de de­ terrmnadas ocupaciones. Se puede usar una capa retardadora de incendios sobre materiales de acabado interior existentes para reducir la velocidad de propagacion de las llamas. En areas pro­ tegidas con rociadores automAticos, se permite el uso de mate­ riales con clasificaciones de indices mas altos de propagacion de llama. La Tabla 3.3.1 resume los requisitosparaacabado inte­ rior contenidos en NFPA 101 para difereilJ:es c1asificaciones de ocupac,iones. NFPA 10l.tamNen~econp.ce un nuevometodo.,de prueba: NFPA 286, Metodos Normalizados Pruebas 1n­ cendio para Evaluar fa Contribucion del Acabadolnterior de Paredes y Cielorrasos en el CrecimientQ del Incendio de un Re­ cin/o. Cualquier material no textil que pas.e esta prueba,basada en el criterio de "pasar-fallar" contenido enNFPAI01, puedeser usado en cualquier parte de un edificio. La propagacion de llama en revestimientos de pisos es.ev.a­ luada en NFPA 101, por1medio del uso de NFPA 253, Metodo Normalizado de Prueba de Flujo Radiante Critico de Sistemas de Revestimiento de Suelos Mediante una Fuente de Calor Ra­ diante, tambien conocida como ASTM E648. Seestablecen dos clases de revestimientos desuelos: (I) Acabados Clase I,con un flujo critico radianteminimo de 0,45 W/cm 2 ; y (2) Acabados Clase con un flujo radiante cntico minimo de 0,22 W/cm2• Los mobiliarios y decoraciones -especialmente mobilia­ rios- juegan un papel cada vez mas importante en la perdida de vidas hurnanas por incendios. Las decoraciones pueden tratarse con un retardador de incendio. Los mobiliarios, por otro lado, son dificiles de controlar y regular como peligros de incendio,

3-42

SECCION 3 •

TABLA 3.3.1

Compottamiento humano en emergencias de incendios

Resumen de requisitos de seguridad humana para aC8bados interiores Oeupaei6n

Reuniones publieas-Nueva carga de ocupaei6n > 300 carga de ocupaci6n::;; 300 Reuniones publieas- Existente carga de ocupaci6n > 300 carga de ocupacion::;; 300 Educacional-Nueva Edueacional- Existentes Guarderfas-Nuevas G u arderias - Existentes Casas de guarderias para grupos - Nuevos Casas de guarderias para grupos -Existentes Casas de guarderfas familiares Sanitaria-Nueva (Rociadores obligatorios) Sanitaria - Existente Centros Peniteneiarios y Correccionales - Nuevos Centros, Penitenciarios y Correccionales - Existentes Vivienda uni y bifamiliares, Casas de huespedes y pensiones Hoteles y Dormitorios-Nuevos

Salidas

Aeceso a'salidas

Otros espacios

A A

AoB AoB

AoB A, B, oC

A A A

AoB AoB AoB

AoB A, B,oC AoB, C con tabiques bajos8 A, B,oC 'Ao'B NR AoB A, B, oC A, B, oC A,B,oC AoB, C encuartos indivi­ dualespequenos8 AoB A, B, oC

A A loll AoB AoB AoB AoB AoB

AoB A8

AoB

'A loll AoB AoB A, B, oC A, B,oC Ao B, C en la parte inferior de Ia pared del corredor" AoB

AB I

I Ao B a loll A, B, oC

Ao B a loll A, B, oC

A, B,oC

A loll AoB lolla A 10,," AoB I 0 11 8

AoB loll AoB lolls AoB I 0 11 8 AoB loW

A, B, oC

Mereantiles-Nuevas Mereantiles-Existentes Clase A 0 Clase B

AoB AoB

AoB AoB

Mercantilee-Existentes Clase C Negoeios y Sanitarias para pa.cientes Ambulatorios -Nuevos Negoeios y Sanitarias parapacientes Ambulatorios -Existentes Industriales Almacenamjento

A, B,oC AoB I 011 AoB

A, B, oC AoS

AoB Cielorrasos-A 0 B, paredes-A, B, 0 C A, B, oC A, B, oC

Hoteles y Dormitorios-Existentes Edificios de Apartamentos -Nuevos Edificios de Apartamentos - Existentes

A, B, oC

A, B, oC

A, B, oC A, B,oC

Asilos y Centros de Acogida Residenciales-

Ver Capltulos 32 y 33

AoB AoB

10 "

AoB

A, B, oC

A, B,oC

A, B, oC

A, B, 0 C

A, B, oC

NR: No se requiere

Notas:

1. Acabadointerior de pared y cielorraso Clase A - propagaeion de llama 0-25, (nuevo) humo desarrollado 0-450. 2. Acabado interior de pared y cielorraso Clase B - propagaeion de llama 26-75, (nuevo) humo desarrollado 0-450. 3. Acabado interior de pared y cielorraso Clase C propagacion de llama 76-200, (nuevo) humo desarrollado 00450. 4. Acabado interior de piso Clase 1- fluio radiante eritico, no inferior a 0.45 W/em 2 • 5. Acabado interior de Pliso Clase II - fJujo radiante eritieo, no inferior a 0.22 W/cm 2• 6. Rociadores automat/cos cuando se instala un sistema normalizado completo de rociadores automatlcos, se permite usar un acabado interior de pared y cielorraso con clasificaci6n de propagacion de la llama no mayor a Clase C en eualquier lugar donde se requiere Clase B y con clasificacion Clase B donde se requiere Glase A; igualmente, se permite el usn tleacabado iAterior de pisos en cualquier sitio donde se requiere Clasa I; y no se requiere clasificaci6n de fluio radiante critico cuando se requiere Clase II. Estas disposiciones no se aplican a las instalaciones sanitarias nuevas. 7. Esren permitidas las partes de elementos estructurales expuestas que eumplan con los requisitos para construccionesde madera pesada.

a Ver los capitulos correspondientes para mayor informacion.

Fuente: NFPA 101®, Codigo de Seguridad Humana, 2000, pags. 101-306 y 101-307

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CAPiTULO 3 •

ya que no son fijos ni fonnan parte de la construccion del edifi­ cio 0 de los materiales de acabado interior. Sin embargo, ahora hay procedimientos de pmeba para medir Ia combustibilidad de los muebles tapizados y su susceptibilidad a la ignicion. 19 Dos nonnas de la NFPA tratan sobre la combustibilidad de mobilia­ rios: NFPA 260, Metodos Normalizados de Pruebas y Sistemas de Clasificacion de la Resistencia a la Combustion por Ciga­ rrillos delos Componentes de Muebles Tapizados; yNFPA261, Metodo de Prueba para Determinar la Resistencia de los Re­ vestimientos de Muebles Tapizados a la Combustion par Coli­ !las de Cigarri!los. NFPA 267, Metodo Normalizado de Prueba de las Caracteristicas de Incendio de los conjuntos de Colcho­ nes y RopadeCamaExpuesios"Q Fuentes de Ignicion enLla­ mas, evalua la produce ion de calor de los colchones y ropa de cama. Las "Caracteristicas de Operacion" de cada capitulo sobre ocupacion de la Edicion 2000 de NFPA 101, especifican que si se introducen nuevos muebles tapizados 0 colchones, estos deben cumplir con los requisitos de las nonnas NFPA260, 261 0 267. La seccion de "Caracteristicas de Operacion" de cada capitulo sobre ocupacion de NFPA 101, edici6n 2000, es­ pecifica que si se introducen nuevos muebles tapizados 0 col­ chones, deben llenar los requisitos de NFPA 260,261,0267. La Comision de Seguridad de Productos de Consumo de los Es­ tados Unidos (CPSC) tambien tiene una nonna para evaluar la inflamabilidad de los colchones. 2o Se han documentado varios incendios con efectos graves resultantes de la implicacion de unas pocas piezas de"mobiliario en el incendio. 9,10,14

Influencia de Factores PSicol6gicos

y Fisiol6gicos en las Salidas Deben tenerse en cuenta las condiciones psicologicas y fisiolo­ gicas de la poblacion ocupante, ademas de los factores de con­ figuraci6n fisica del edificio. Estudios indican que generalmente el comportamiento de las personas es adaptable y con frecuencia altmista bajo la tension de un incendio?1,22 Un gmpo heterogeneo de personas bajo la influencia de alcohol 0 drogas, puedeesJar'presente en una ocupaci6n para reuniones publicas, puede pretender una mayorprobabilidad de compor­ tamiento inadaptado de gmpo, con una competencia por escapar y comportamiento de panico como resultado posible. Historica­ mente se ha documentado este tipo de comportami~nto inadap­ tado aunque 10s estudios indican que el fenomeno es raro y depende de situaciones Unicas, predetenninadasque afectan tanto la poblaci6~_ como el entomo fisico del edificio?I-23 Enalgunoscasos, los procedimientos de evacuaci6n y la creacion de areas de refugio dentro de los edificios de muchos pisos estimulan el movimiento ascendente de los ocupantes del edificio. La efectividad de este concepto no esta totahnente va­ lidada en incendios reales. Debido a la orientacion de algunas personas hacia la evacuacion total y escape del edificio, es po­ sible que intenten evacuar el edificio segUn el enfoque conven­ cional de "abajo y fuera" a pesar de haberrecibido instrucciones en sentido contrario. 22 Los procedirnientos de evacuaci6n en edificios federales de oficinas de muchos pis os, dirigidos por sistemas de alarma de voz, han conseguido continuamente el movimiento selectivo de perso­ nal tanto en direcci6n ascendente como descendente. 15 En dos in­

Canceptas de disefia de medias de evacuaci6n

3-43

cendios graves de edificios de oficinas de muchos pisos en Sao Paulo, Brasil, los ocupantes se trasladaron hasta la cubierta cuando su desplazamiento hacia abajo fue irnpedido por el humo y el calor. 12 En el incendio del Grand Hotel MGM en Las Vegas, Ne­ vada, en noviembre'de 1980, tambien hubo desplazamiento hacia arriba a areas de refugio en las escaleras hacia la cubierta y hacia las habitaciones de los pisos superiores cuando el desplazamiento hacia.abajo se hizoinsostenible debido al humo y al calor. 13,21 Todas las salidas deben estar marcadas visiblemente, por­ que las personas "probablemente no van a estar familiarizadas con las diferentes salidas de un area incendiada y en conse­ cuencia no usaran los medios de egreso altemativos. Tambien es irnportankquelos inedios de egiesode luie'difieio se usen como algo de mtina diaria, para que los ocupantes esten fami­ liarizados con su localizacion y funcionamiento. NFPA 101 re­ quiere que la salida principal de las ocupaciones para reuniones publicas, que tambien sirve como entrada, sea de un tamafio que pennita evacuar por 10 menos la mitad de la carga de ocupacion total del edificio. Hay tres parametros criticos en el uso eficiente de la eva­ cuacion por zonas de personal hacia areas de refugio dentro de un edificio.24 1. Construccion adecuada para proveer areas de comparti­ mientos protegidas contra los efectos del fuego y el humo. 2. Un sistema de alarma de voz eficiente que de instrucciones c1aras y comprensibles, dispuesto para instmcciones del cuerpo de bomberos en la escena. 15 2. Simulacros de evacuacion eficientes para familiarizar a los ocupantes con el funcionamiento del sistema. Se ha abogado por que los ocupantes de edificios con com­ partirnientos resistentes al fuego como hoteles, moteles, aparta­ mentos, donnitorios, hospitales, y otras instalaciones sanitarias pennanezcar. en sus habitaciones en lugar de evacuar, ya que las habitaciones son el area de refugio mas adecuada. 25 Este metodo no ha sido adoptado por NFPA 101 0 porios codigos de modelos de construccion. Sin embargo, el concepto de areas de refugio ha sido usado extensamente durante muchos afios porNFPA 101 en ocupaciones tales como instalaciones sanitarias y penitenciarias y correccionales y mas recientemente para proteger a los ocupantes con discapacidades de movilidad en todas las ocupaciones.

Influencia de los Equipos de Protecci6n contra Incendios I

Es inapropiado confiar totahnente en los sistemas de extincion de incendios manuales 0 automaticosen lugar de los medios adecuados de salida, porque los sistemas de extincion estan su­ jetos a fallas humanas 0 mecanicas. Ademas, algunas areas del edificio pueden hacerse insostenibles para la ocupaci6n humana antes de que funcionen los sistemas de extincion. Bajo ninguna condici6n puede aceptarse la extinci6n automatica de incendios en lugar de ;a disposicion y mantenimiento de los medios de egreso adecuados. Cuando hay un sistema nonnalizado completo instalado, los rociadores automaticos son suficientemente confiables y sin una influencia importantisirna sobre la seguridad humana. Ademas

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SECCION 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios

de proveer una alanna automatic a de incendio, estos rociadores descargan agua nipidamente sobreel·,incendio antes de que el hurno se prop ague peligrosamente. Aunque nunca se deben usar rpciadores autDmaticos en lugar de mediosde egreso adecuados, los rociadores son requeridos en varias ocupaciones por NFPA 101. Cuandoexisteprotecci6n total con rociadores automaticos, NFPA.1 01 pennite una distancia mayor de recorrido hacia las sa­ lidas, el uso de acabados interiores de mayor ,combustibilidad, re­ ducciones en los requisitos de corredores y, en algunas ocupaciones, eLuso de construccion combustible en situaciones donde estarian prohibidos de otra manera. Los requisitos para areas de refugio son mucho mas faciles de curnplir en edificios protegidos totalmente con rociadores automaticos. Los rociado­ res son especialmente valiosos para el control de incendios en edi­ fidos existentes. Sistemas de detecci6n 0 alarma de incendios automaticos son valiosos para notificar sobre un incendio a los ocupantes del edificio de manera que puedan evacuar rapido. Sistemas auto­ maticos de deteccion de incendios solamente proveen una alarma del incendio y no hacen nada para extinguir ocontrolar la propa­ gad6n del fuego y hurno. Un sistema automatico de detecci6n de incendios 110 es sustituto de un medio de egreso adecuado. Los sistemas de detecci6n de humo pueden ser utiles para ayudar a mitigar problemas en edificios existentes. Estos pueden ser especialmente utiles donde la salida temprana puede ayudar a resolver problemas como rutas comunes derecorrido muy lar­ gas, corredores ciegos, y distancia de recorrido excesivas.

leria, habitaci6n, porche, 0 cubierta. La longitud del acceso a la salida .establecela distancia del recorrido hasta una salida, una caracteristica muy irnportante del medio de egreso, ya que un ocupante podria estar expuesto· al fuego 0 ·humo· duranteel tiempo que tomapara Uegar a la salida. La distancia promedio maxima recomendada es de 61 m (200 pies), pero esta distancia varia con la ocupacion, dependiendo del riesgo de incendio y de la capacidad fisica y el estado.de alert.ade los ocupantes. (Tabla 3.3.2). La distancia de recorrido debe medirse desde el punto mas .remoto de una habitaci6n.o area del pisohasta una salida. En la mayoria de los casos, la distancia de recorrido puede incrementarse basta e150 por ciento si el edificio ·esta totalmente protegidq cQn un si sterna normalizado supervisad,o d,y r,ociado­ res automaticos. Un extremo sin salida (corredor ciegos) es una extensi6n de uncorredor mas aHa de.una salida 0 acceso a una salida, que forma un extremo sin salida en el cual pUeden quedar atrapados los ocupantes. Como solamente hay una direcci6n de recorrido desde el corredor ciego hacia la salida, un incendio en el corre­ dorciego entre la salida y un ocupante impide que el ocupante llegue a la salida. Otro problema con corredorer. ciegos es que mientras se desplaza hacia una salida en una atm6sfera con hurno, el ocupante puedepasar de largo por la salida y entrar en el'corredor ciego. Esto requiere ..el recorrido de regreso, 10 que aiiade distancia y, por 10 tanto, tiempo para llegar a la salida. En los buenos diseiios de salidas, no se usan corredores con puntos ciegos. Sin embargo, NFPA 101 permitepuntos ciegos en la ma­ yoria de ias ocupaciones, dentro de Ifmites razonables (ver Tabla

DEFINICI6N DEL TERMINO "MEDIOS DE EGRESO" NFPA 10 1 y la mayoriade c6digos de.modelos de construcci6n usan el termino "medios de egreso". Un medio de egreso es una ruta continua de desplazarniento desde cualquier punto en un edificio o.estructura.basta una via publica queesteal airelibre, a nivel de la calzada. Lasalida.o egreso consiste en tres partes separadas y distintas:

1. Acceso a ia salida. Parte de un medio de egreso que con­ duce a laentradade una salida. 2. Sdlida, Pine'de unmedio de egresoseparada por mums, pisos, puertas, u otros medios del area del edificio desde donde se va a realizar el escape, que provee la ruta prote­ gida necesaria para que los ocupantesprocedanconseguri­ dad razonable hasta el exterior del edificio. Una salida puede constar de medios de desplazamiento verticales y ho­ rizontales, como puertas exteriores, escaleras protegidas, rampas y pasadizos de salida. 3. Descarga de salida. Parte de un medio de salida entre el final de la salida y una via pUblica. La Figura 3.3.6 ilustra la relacion entre estas tres 'Partes de una salida en un edificio.

EI Acceso a la Salida El acceso a la salida puede ser un corredor, pasillo, balcon, ga­

FIGURA 3.3.6 Ejemplos de acceso a la salida, salida y descarga de Is salida. Para e/ ocupante .del editicio a nivel de descarga, Jas puertas A1, A2, E1, Y E2 son salidas, y la ruta marcada con guiones es 131 acceso a la salida. Para la persona que sale desde los cerramientos de salida 0 de las puertas A 1, A2, 0 E2 las rutas marcadas por Jineas punteadas son la descarga de /a salida. Las puertas D 1 Y D2 son puertas de descarga de /a salidas. Las lineas s6lidas estim dentro de Ja salida

CAPiTULO 3 •

Conceptos de disefio de medios de evacuacion

3-45

-MUfode2 hores de resistencia

Muro de2 horas de resistencia

Distancia min. 3 m (10 pies) hasta la abertura desprotegida de Ia ventana.

I·

FIGURA 3.3.7 Dos tipos de extremos sin salida (corredores ciegos)

3.3.2). La Figura 3.3.7 ilustra dos corredores con puntos Lo ancho del acceso a una salida debe ser suficiente por 10 menos para el numero de personas que debe acomodar. En al­ gunas ocupaciones, la ancho del acceso depende de la c1ase de actividad de la ocupaci6n. Un ejemplo es un hospital nuevo, donde se puede trasladar a los pacientes en camillas rodantes. Los corredores en las areas de pacientes deben tener una ancho de m (8 pies) para permitir que se pueda sacar una cama sobre ruedas de una habitaci6n y dade una vuelta de 90°. Un principio fundamental de los accesos a las salidas es la disposicion de una ,'.fa Iibre y sin obstrucciones hasta las salidas. 8i el acceso pasa a traves de una sala que se puede cerrar con ce~ rrojo 0 pestillo, 0 a traves de un area que contenga un riesgo de incendio mayor que el dpieo de la ocupaci6n, se estan violando los principios de acceso libre y sin obstrucciones a las salidas. El piso del acceso a una salida debe ser plano. 8i esto no es posible, se pueden superar pequefias diferencias en elevaci6n con una rampa 0, las diferencias grandes, con escaleras. Donde Barreras cortafuego de 2 horas de resistencia

Escalera encerrada

Salidas horizontales

FIGURA 3.3.8 Vista de pIanos de tipos de salidas. EI cerramiento de la escalera impide que el incendio en cualquier piso atrape a las personas que estim arriba de este piso. Una torre hermetica al humo es mejor, ya que se abre al aire en cada piso, evitando la posibilidad de humo en la escalera. Una salida horizontal provee refugio rapido y reduce la necesidad de salir corriendo por las escaleras. Deben disponerse puertas con clasificaci6n de resistencia al fuego que sean autocerrantes 0 de cierre automatico par detecci6n de humo.

·1 Puertade 1 horay media

Plan B

PlanA

Muro de 2 resistencia horas de

l~~~~

Murode2-+ horas de resistencia

Puertade 1 horay media

--+- Abierta hacia el

Puertade 1 hora y media

exterior, mlnimo 1.5m2 (16 pies')

Plan C

Plan D

FIGURA 3.3.9 Cuatro variaciones de las torres hermeticas al humo. EI plano A tiene una abertura al vestibulo desde un corredor. EI plano B muestra una entrada a traves.de .un balc6nexterior. EI plano Cpodrfa proveer una entrada de torre de escalera comun a dos areas. En el plano 0, el· humo y los gases que entran al vestibulo deberan serexpl:llsados por una corriente natural 0 inducida en el pozo al aire fibre. En cada caso, una entrada doble a la torre de esca/era por 10 menos can lin lado abierto 0 vantilado es caracteristica de este tipo de construcc/on. La pr'esurizacion de la torre de escalera en caso de incendio ofrece una alternativa atractiva para edificios altos y es un medio para eliminar el vestibulo de entrada.

se necesiten solamente uno 0 dos escalones para superar las di­ ferencias de mvel de un acceso a la salida, es preferible la I rampa, porque las personas pueden tropezar en un corredor con­ gestionado y caer por las escaleras si no yen los escalones 0 no notan que quienes van adelante han acelerado el paso.

La Salida Los tipos de salidas permitidos son puertas que conduzcan di­ rectamente al exterior a nivel de la calzada 0 a traves de un pa­ sadiz~ pmtegido hacia el exterior a nivel de la calzada, torres a prueba de humo, escaleras interiores y exteriores protegidas, pa­ sadizos de salida, rampas cerradas, y escaleras mecamcas ence­ rradas 0 pasarelas moviles en edificios existentes. Los

3-46

SECCION 3 •

TABLA 3.3.2

Comportamiento humano en emergencias de incendios

Limites de la ruta comun, punto clego, y distancia de recorrldo (por ocupacion) Limite de recorrido comun

ripo de Ocupati6n

Sin rociadores Con rociadores [pies (m)] [pies (m)]

limite de los extremos sin salida Sin rociadores [pies (m)]

Limite de distancia de recorrido

Con rociadores Sin rociadores Con rociadores [pies (m)] [pies (m)] [pies (m)]

Reuniones publicas Nueva Existente

20175 (6,1/23)8,b 20175 (6,1/23)8,0

20175 (6,1/23)a,b 20175 (6,1/23)8,b

0120 (0/6,1)b

0120 (0/6,1l

150 (45)C

200 (60)e

0120 (0/6,1)b

0/20 (0/6,1)b

150 (45)C

200.(60)C

75 (23) 75 (23)

100 (30) 100 (30)

20 (6,1) 20 (6,1)

50 (15) 50(15)

150 (45) 150 (45)

200 (60) 200 (60)

75 (23) 75 (23)

100 (30) 100 (30)

20 (6,1) 20 (6,1)

50 (15) 50 (15)

150 (45)d 150 (45)d

200 (60)d 200 (60)d

NR NR

NR NR

30 (9,1) NR

30 (9,1) NR

NA 150 (45)d

200 (60)d 200 (60)d

• 75 (23)e 75 (23)e

100 (30)e 200 (30)e

20 (6,1) 50 (15)

50 (15) 50 (15)

150 (45)d 150 (45)d

200 (60)d 200 (60)d

50 (15)

100 (30)

50 (15)

50 (15)

150 (45)d

200 (60)d

50 (15) 50 (15)f

100 (30) 100 (30)'

20 (6,1) NR

20 (6,1) NR

150 (45)d 150 (45)d

200 (60)d 200 (60)d

NR

NR

NR

NR

NR

NR

NR

NR

NR

NR

NR

,2NR

(10;7)g,; 35 (1O,7)g

50 (15)g,; 5.0 (15)g

35 (10,7);

50 (15)

50 (15) 50 (15)

175 (53)d,h 175 (53)d,h

325 (99)d,h 325 (99)d,h

35 (10,7)g 35 (10,7)g

50 (15)g 50 (15)g

35(10,7)

50 (15)

50 (15) 50 (15)

175'(53)d,h 17$ (53)d,h

325 (99)d,h 325 (99)d,h

NR NA 175 (53)d,h

'.NR 325 (99)d,h 325 (99)d,h

200 (60) 200 (60) NR 400 (120)1 400 (120)i

Educativa Nueva Existente

Guarderia Nueva Existente

Sanitaria Nueva Existente

Sanitaria ambulatoria Nueva Existente

Penitenciaria y correccional Nueva-Condiciones de uso 11,III,IV Nueva-Condiciones de uso V Existente-Condiciones de uso II, III, IV,V

Residencial Viviendas uni y bifamiliares Casas de 'huespedes 0 pensiones Hot~l~s y clQrmitorios Nuevos Existentes Apartmentos Nuevos Existente AsHos y centr~s de acogida Pequeiios, nuevas y existentes Grandes, nuevos Grandes, existente ----------

NR

NR

110 (33)

NR

125 (38);

160 (49)

NR

NA

50 (15)

NR

59 (15)

50(15)

75 (23)

75 (23)

NR

100(30)

100 (30)

'NR

20 (6,1)

50 (15)

0(0)

50 (15) 50 (15)

o{OJ

100 (30) 150 (45) NR

75 {23)

75 (23)

100 (30)

100 (30)

20 (6,1)

50 (15)

50 (15) 50 (15)

100 (30) 150 (45)

Mercantil ClaseA, B, C Nueva Existente AI aire libre Centro comercial Nuevo Existente

CAPiTULO 3 •

TABLA 3.3.2

Canceptas de diseno de medias de evacuaci6n

3-47

Continuaci6n Limite de recorrido comun

Tipo de Ocupaci6n

Sin rociadores [pies (m)]

Limite de los extremos sin salida Limite de distanciade recorrido

Con rociadores Sin rociadores [pies (m)] [pies (ml]

Con rociadores Sin rociadores Con rociadores [pies (m)] [pies (m)] [pies (m)]

Negocios Nuevas Existentes

75 (23)k 75 (23)k

100 (30)k 100 (30)k

20 (6.1) 50 (15)

50 (15) 50 (15)

200 (60) 200 (60)

300 (91)

300 (91)

Industrial General

Uso'e'speciaT- -Alto riesgo Hangares de servicio de aeronaves, primerpiso Hangares de servicio de aviones, entre piso

_{1,~L

__ .... JOOJ:39L

50 (15) o (0) 50 (15)m

100 (30) 0(0) 50 (15)m

50 (115) 50 (15) o (0) 50 (15)m

50 (15) 50 (15) (0) 50 (15)m

200(6W 300 (91) 75 (23) note n

250.(7t)' . 400(122) 75 (23) note n

50 (15)m

50 (15)m

50 (15)m

50 (15)m

75 (23)

75 (23)

NR 50 (15) (0) 50 (15) 50 (15) 50 (15)m

NR 100 (30) (0) 50 (15) 50 (15) 100 (30)m

NR 50 (15) 0(0) 50 (15) 50 (15) 50 (15)m

NR 100 (30) (0) 50 (15) 50 (15) 50 (15)m

NR 200(60) 75 (23) 300 (91) 150 (45) nota n

NR 400 (122) 100 (30) 400 (122) 200 (60) nota n

50 (15)m

75 (23)m

50 (15)m

50 (15)m

75 (23)

75 (23)

50 (15)m

100 (30)m

50 (15)m

100 (30)m

200 (60)

400 (122)

a

Almacenamiento Riesgo leve Riesgo moderado Alto riesgo Parqueos abiertos Parqueos cerrados Hangares de almacenamiento de aeronaves, primer piso Hangares de almacenamiento de aeronaves, entre pi so Depositos de granos en espacios subtern3.neos

a

a

a

NA: No aplicable

NR: No as requisito.

a6.1 m (20 pies) para recorrido comun que sirve > 50 personas: 23 m (75 pies) para recorrido comun que sirve s 50 personas.

bCorredores degos no permitidos: 6,1 m (20 pies) pasillos degos permitidos.

OVer Capitulos 12 y 13 para consideraciones especiales para la acomodaci6n de reuniones publicas en arenas y estadios protegidos contra el humo,

°Esta dimensi6n es para la distanda total de recorrido, asumiendo que las pordones incrementadas han utilizado totalmente sus max. permitidos.

Para la distancia de recorrido dentm del cuarto, y desde la puerta de acceso a la salida del ClJarto hasta la salida, ver cap, adecuado sobre ocupaci6n. eVer Capftulos 38 y 39 sobre ocupaciones de oficinas, rVer el capitulo 23 sobre consideraciones Elspecialesde recorridos comunes existentes, 9Esta dimension 'es desde la pueria cie acceso a la salida ,del cuarto/corredor 0 suite/corredor; por 10 tanto, se aplica al recorrido comun del corredor. hVer el capitulo de ocupaci6n adecuado para consideraciones especiales de la distancia de recorrido para vias exteriores de aoceso a la salida, Ver el capitulo de ocupaci6n adecuado para los reque.rimientos de acceso a una segunda salida de acuerdo con el area del cuarto. IVer las Seq. 36Ay 37 sobre
ascensores no son aceptados como salidas; sin embargo, se pue­ den usar como un medio para saoar del area de refugio a perso­ nas con discapacidad de movimiento, NFPA 101 tambien reconoce los ascensores parauso muy limitado como segunda salida de torres de acceso restringido como las torres de control aereo. Ver las Figuras 3.3.8 y 3.3.9 como ilustraci6n de algunos tipos comunes de disposicion de las salidas. La ubicaci6n especifica de las salidas es un asunto de eva­ luaci6n del diseno, dadas las especificaciones de distancia de re­ corrido, puntos degos pelTI1itidos, rota comun de desplazamiento, y capacidad de la salida. NFPA 101 indica que las salidas deben estar alejadas entre sf, proporcionando dos me-

dios separados de salida ubicados de manera que los ocupantes puedan desplazarse en cualquiera de las dos direcciones opues­ tas para alcanzar una salida. Este concepto es importante cuando se requiere que los ocupantes salgan de un area de incendio 0 contaminaci6n por humo hacia una salida. Si los ocupantes no tienen otra alternativa que entrar en el area del incendio para He­ gar a una salida, es dudoso que sean capaces 0 quieran hacerlo.

La Descarga de la Salida Preferiblemente, todas las salidas de un edificio deberian descar­ gar directamente 0 a traves de un pasadizo c1asificado como re­

3-48

SECCION

3.

Comportamiento humano en emergenCias de incendios

sistente al fuego hacia el exterior del edificio. NFPA 101 perrnite que un maximo de 50 por ciento de las escaleras de salida des­ cargue interionnente al piso a nivel de la calle. La desventaja obvia de esta disposiqion.es que si ocurre un incendio a nivel de la calle (planta baja), es posible que las personas que usan las es­ caleras de salida que descargan en ese piso terrninen en el area del incendio. Si algunas salida descargan a nivel de la calle, NFPA 101 requiere que esas salidas descarguen a una via libre y sin obstrucciones que conduzca al exterior del queel piso a nivel de la calle este protegido por rociadores automati­ cos, y que el piso a nivel de la calle este separado de cualquier otro piso inferior por ul)a construcciQn resistente al con c1asificaci6n de 2 horas. La descarga de una salida al exterior no es necesariamente una descarga a un lugar seguro. Si la salida descarga a un patIo, se debe proveer un pasadizo de salida desde el patio a traves del edificio para que los ocupantes puedan alejarse del edificio. Si la salida descarga en un patio cercado, los ocupantes deben 10­ grar la salida del patio para alejarse del edificio. Si la salida des­ carga en un callejon, el callej6n debe ser 10 suficientemente ancho para acomodar la capacidad de todas las salidas que des­ cargan en el, y cualquier abertura en las paredes del edificio que bordean el callej6n debe estar protegida para evitar la exposici6n al fuego de los ocupantes 9ue avanzan por el callej6n. Cuando las escaleras de salida de los pisos por encima de la planta baja continuan I1acia los pisos por debajo de esta, los ocupantes que evacuan el edificio podrian no ver la puerta de descarga de la salida hacia el nivel de la calle (planta baja), con­ tinuar bajando por las escaleras, y entrar al piso por debajo del nivel de descarga de la salida. Por 10 tanto, NFPA101 requiere una barrera fisica u otro medio eficaz en el descanso de la planta baja para evitar que quienes evacuan pasen de largo por el nivel de descarga de la salida.

CAPACIDAD DE LAS SALIDAS La capacidad de las salidas se ca1cula usando el factor de capa­ cidadprevistoenNFPA 101. Este factor de capacidad es dado en pulg.lpersonayvatia con la ocupaci6n (Tabla 3.3.3) La ca­ pacidad total de salida para' cada componente del medio de egreso, como puertas, escaleras, rampas, corredores"etc., se cal­ cula tomando como base su ancho libre. Por ejemplo, una puerta con ancho libre de 86,4 cm (34 pulg.) en una ocupacion de oficinas tendria una capacidad de salida de 170 personas [34 pulg. 0,2 pulg'!persona 170 personas (S6 cm + 0,5 cm/persona 172 personas)]. La raz6n de estas variaciones en factores de ca­ pacidad de salida es establecer un tiempo total de evacuacion en diferentes ocupaciones, basado en la capacidad fisica, estado de alel1a, edad, y papeles sociologicos de los ocupantes. En ocupa­ ciones donde se alojan personas para asistencia medica, el tiempo que toma lJegar a las salidas sera mayor que en otras ocu­ paciones, por 10 tanto, las salidas deben ser suficientemente am­ plias para perrnitir la salida de ocupantes no ambulatorios y evitar esperas para llegar a.la salida. La capacidad de las salidas se usaba tradicionalmente para establecer consistencia en el tiempo de evacuaci6n teniendo como base la velocidad de desplazamiento de 60 personas/mi­

nuto a traves de una puerta y bajando escaleras de 45 perso­ nas/min/558,8 rom (22 pulg.) de ancho de salida, respectiva­ mente. Estos numeros se establecieron por conteos de eya<::uaciones realizados principal mente en edificios de oficinas federales. 26 Estudios mas recientes de evacuaciones en edificios de gran altura de oficinas muestran flujos pico de 30 perso­ nas/min y flujos medios de 24 personas/min/558,S mm (22 pulg.) deancho de salida en el piso inferior. 5 ,16,17

Carga de Ocupacion La carga de ocupaci6n, 0 numero de personas que se esperan en cualquiet momento en un edificio 0 area dentro deun'edificio, para quienes se deben proveer salidas, es deterrninada por la carga deocupaci6nreal ~nticipada pero no inferior al numero obtenido dividiendo el area bruta del edificio 0 el area neta de una parte especifica del edificio por el area en m 2 (pies2) pro­ yectada para cada persona. El area de piso proyectada para cada persona varia con la ocupaci6n (Tabla 3.3.4). Estas cifras estin fundamentadas en el calculo real de personas en los edificios y en el estudio de los planes arquitect6nicos. En algunos cas os, se puede deterrninar efnumero maximo de personas en un edificio por encima de la carga de ocupaci6n ca1culada en la etapa de dien cuyo caso se debeusar esta cifra en el disefio de las sa­ lidas. Un ejemplo tipicoes unaocupaci6n para reuniones publicas con acomodaci6n fija instalada. Contando e1 numero de sillasprovistas, y calculando las areas de espera por el factor de carga, darfa obviamente una cifra mas exacta 4ue multipli­ cando el numero de m2 (pies2)/persona por el area neta de piso.

Calculo de AnchoRequerido de Egreso Para ca1cular los anchos minimos requeridos de egreso desde los pisos individuales de un edificio, es necesario:

1. Calcular el area netao bruta del piso, la que sea aplicable 2. Determinar el ntimero estimado (pies2)/persona, 0 factor de carga de ocupaci6n NFPA 101 3. Dividir el ntimero dem'(pies 2)/persona (factor de carga de oCl.lpaci6n) por el area de pi so para detenninar el numero minimode personas para quienes se debe provyer salidas de ese pis!! c 4.. Medir el aneho libre de cada eomponente del medio de egreso 5. Deterrninar el factor de capacidad de NFPA 101 para cada componente de la salida Ijara la ocupaci6n correspondiente 6. Dividir la ancilo libre de cada componente de la salida por el factor de capacidad para deterrninar la capacidad de sa­ lida de cada componente 7. Deterrninar el componente mas restrictivo en cada sistema de egreso S. Determinar la capacidad total de salida del piso 9. Asegurarse de que la capacidad total de egreso sea

0 exceda la carga total de ocupaci6n.

En edificios de muchos pisos, la capacidad de salida de cada piso se calcula separadamente. En otras palabras, la capa­ cidad de las escaleras s610 necesita ser suficientemente ancha

CAPITULO 3 •

para servir cada piso, pero no debe ser inferior al ancho minimo requerido por NFPA 101. Debe anotarsetambien que la capaci­ dad requerida de egreso no puede ser disminuida en la direccion del desplazamiento de egreso. Los pisos a nivel de la calle pueden requerir tratamiento es­ pecial, dependiendo de la ocupacion. Algunas ocupaciones re­ quieren que el tamano de las salidas a nivel de la calle pueda manejar solo fa carga de ocupantes del piso, sino tambien 1a carga de ocupacion de las salidas quedescargan a nivel de la calle desde los pisos de arriba y abajo. Ademas, en esas ocupa­ dones donde se permite que los pisos arriba y/o debajo del nive1 de la calle tengan escaleras y escalera mecanicas abiertas los conect~ncon~ de la cafie;las ser su­ ficientes para servir simultaneamente a todos los ocupantes de todos 10 niveles y areas que se comuniquen. Es decir, todos los niveles de comunicacion en la misma area de incendio se consi­ deran como una unica area de piso para efectos de determinarla capacidad requerida de la salida. Este factor identico de una unica area de incendio puede tener un efecto considerable en la dimension de las salidas a nivel de la calle. Si dos 0 mas salidasconvergen en una salida comun, la sa­ lida comw nunca deberia ser mas estrecha que la sruna del ancho de las salidas que convergen en esta Generalmente, el nfunero minimo de salidas es dos. Sin em­ bargo, en ciertas situaciones lirnitadas, puede permitirse una salida en algunas ocupaciones si hay una carga de ocupantes muy baja, riesgo de incendio leve, y una distancia de recorrido limitada.

no

if:p{s-oai'nivei

INSTALACIONES V DISPOSICION

DE LAS SALIDAS

Las siguientes instalaciones de salida estan en NFPA 101.

Puertas Las puertas deben ser de bisagras laterales 0 de tipo vaiven de pivote y deben oscilar en direccion del reGOrrido de salida, ex­ cepto en habitaciones peqtiefias. Se aceptan puertas corredizas horizontales, verticales, 0 emollables como medios de egreso en algunas ocupaciones. En las ocupaciones para reuniones pub li­ cas y escuelas deben instalarse herrajes antipanico en todas las puertas de'salida equipadas con pestillos 0 teiTojos quesiryiin salas con una carga de ocupacion de 1000 mayores. Cuando las instalaciones de egreso estan protegidos con puertas, como en cerramientos de escaleras y salidas horizqnta­ estas, deben' mantenerse normalmente cerradas para limitar la propagacion del hruno. Si se abren, deben cerrarse inmedia­ tamente en caso de incendio. Aunque los dispositivos comu­ nes accionados por eslabon fusible para cerrar las puertas en caso de incendio estan disefiados para cerrar a tiempo y detener la propagaci6n del fuego, estes no funcionan 10 suficientemente rapido para detener la propagacion del humo y no estan permi­ tidos por NFPA 101. A temperaturas relativamente bajas, podria continuar la acrunulaci6n de hruno y alcanzar niveles insosteni­ bles mucho antes de que la eslabon fusible se derrita, permi­ bendo que la puerta se cierre.

Conceptos de disefio de medios de evacuaci6n

3-49

A veces las personas mantienen abiertas las puertas auto­ cerrantes con ganchos 0 tacos por debajo de la puerta. Tambien pueden asegurarse en posicion abierta para proveer ventilaci6n, para el personal de mantenimiento del edificio, & para evitarel riesgo de accidente de las puertasde vaiven. Las sigiiientes me­ didas han sido dispuestas en NFPA 101 para mitigar esta situa­ cion indeseable: 1. Las puenas que normalmente se mantienen abiertas den dotarse de cierrapuertas y dispositivos automaticos para mantenerlas abiertas, que liberen la puerta y permitan que se cierre cuando se activen los sistemas de rociadores automaticos, de alarma de incendio, de detecci6nllutoma­ tica de incendio y dispositivos de deteccion de humo Uotros productos de la combustion. '2. Las puertas que normalmente se mantienen cerradas pueden equiparse con dispositivos electricos y nerunaticos paTa que se abran cuando una persona se acerca a la puerta, siempre y cuando se tomen precauciones para evitar que la pueita se abra automaticamente cuando hay hruno en el area. 3. Las puertas que normalmente se encuentran cerradas pue­ den abrirse y mantener abiertas manualmente por medio de monitores, como en las escuelas. 4. Usar torres hermeticas al humo que protejancontra el hruno, aunque las puertas esten abiertas. Cada una de estas medidas implican requisitos y lirilitacio­ nes. Una de estas es que, en caso de falla eIectrica, la puerta debe cerrarse y permanecer cerrada a menos que la abran ma­ nualmente para salir. Otro gran inconveniente para el mantenimiento de1as puer­ tas de salida es que la puerta exterior se cierra con cerrojo para evitar entradas sin autorizacion 0 por otras razones. NFPA 101 especifica que cuando un edificio esta ocupado, todas laspuer­ tas deben mantenerse sin cerrojo en ellado desde el cual se efec­ tlia el egreso. NFPA 101 permite dispositivos de liberaci6n temporizada en algunas puertas de salida, siempre que este perrnitido por los requisitos de la ocupaci6n en cuesti6n. Cuando estos dispositivos esten permitidos, deben aplicarse las siguientes disposiciones: 1. Que eLedificio este totalmente protegido por un sistema au­ tomatico de deteoci6n de incendi:os aprobado y superVisado o por un sistemaderodadoresautornaticos. 2. Que los mecanismos de liberacion esten instalados 13ola­ mente en areas de riesgo leve 0 moderado 3. Que los dispositivos deben abrirse cuando se accione el sis­ tema de deteccion de! incendios 0 el sistema de rociadores automaticos. 4. Que los dispositivos sean abiertos cuando haya fallas de energia. 5. Que los dispositivos inicien un proceso irreversible que li­ bere el cerrojo 0 pestillo en 15 segundos, siempre que se aplique una~fuerza no mayor a 15libras (6.8 kg.) al dispo­ sitivo de liberacion, y la puerta no vuelva a cerrarse con ce­ rrojo automaticamente. El funcionamiento del dispositivo de lib era cion debe activar una senal eerca de la puerta.

3-50

SECCION 3 •

TABLA 3.3.3

Comportamiento humano en emergencias de incendios

Factor de carga de ocupantes pies

za (por persona)

mza (por persona)

Reuniones pliblicas Uso concentrado, sin asientos fijos Uso menos concentrado, sin asientos fijos Asientos tipo banca Asientos fijos Espacios de espera Cocinas Areas de estanteria en bibliotecas . Salas de lectura en bibliotecas Piscinas ....... Cubiertas de piscina Salas de ejercicio con equipo Salas de ejercieio sin equipo Escenarios Pasarelas, galerias y andamios para lIuminaeion y acceso Casinos y areas similares de juego Pistas de patinaje

7 neto 15 neto 1 personal18 pulg, lineal Numero de sillas fijas Ver 12,1,7,2 y 13,1,7,2 100 100 50 neto 50-de superficie del agua 30 50 15 15 neto 100 neto 11 50

0,65 neto 1,4 neto 1 personal45,7 em lineal Numero de sillas fijas Ver 12,1,7,2 Y 13,1,7,2

Educacional Salones de clase Talleres, laboratorios, salones voeacionales

20 neto 50 neto

1,9 neto 4,6 neto

Guarderfa

35 neto

3,3 neto

Sanitaria . Tratamiento para pacientes intern os

Dormitorios

240 120

22,3 11,1

Penitenciaria y Correccionales

120

11,1

Residencial Hoteles y dormitorios Edlficios de apartamentos Asilos y centros de aeogida, grandes

200 200 200

18,6 18,6 18,6

30 40 30 60 Ver uso de negocios 300

2,8 3,7 2,8 5,6 Ver usa de negocios 27,9

Seg. facto res aplleables al uso del espaeio e

Seg. facto res aplicables al uso del

9,3 9,3 4,6 neto 4,6-de superficie del agua 2,8 . 4,6 1,4 1,4 neto 9,3 neto 1 4,6

Industrial Industrial general y de riesgo alto Industrial para propositos especiales Negocios Almacenamiento (que no sean bodegas eomerciales) Mercanti.· Areas de ventas en la planta bajaCd Areas de venta endos 0 mas pisos a nivel de lacalled . Areas de ventasun pi so .debajo de la planta bajaC Areas de ventEl.s en el pisosobrelaplanta bajad . :Risos 0 parte de pisos usados solo para oficinas Pisos 0 parte de pisosusados solo para bodega, recibo y despacho, no abiertos al publico Edificios de centros comerciales cubiertos

"fodos los factores expresados en area bruta a menos que esten marcados "neto" bNo aplicable, La carga de ocupacion no debe ser menor que el numero maximo probable de ocupantes presentes en cualquier momento, "Con el objeto de determinar la carga de ocupantes en ocupaciones comerciales donde, debido a diferencias en el nivel de las calles en diferente lados, existen dos 0 mas pisos accesibles directamente desde Ip.s calles (sin incluir callejones 0 calles interiores), cada piso debera considerarse como un piso a nivel de la calie, EI factor de carga de ocupantes debe ser una persona por cada 3,7 m2 (40 pies2) de area bruta de piso de espacio de ventas. dEn ocupaciones comerciales sin pisos 1:1 nivel de la calle, segun se define en 3.3.196, pero con acceso directo desde la calle por escaleras 0 escaleras mecanicas, el piso principal en el punto de entrada a la ocupacion comercial se considera como el piso a -nivel de la calJe. "Las partes del centro comercial cubierto, cuando se consideran como una via peatonal y no se usan como area de ventas para arrendar, no se deben evaluar como carga de ocupantes en base a esta tabla, Sin embargo, los medios de egreso desde una via paatonal de centro comercial cubierto deberan considerarse con una carga ocupaci6n determinada dividiendo el area bruta para arrendar del edificio del centro comercial (sin incluir las tiendas de anclaje) por el numero adecuado mas bajo del factor de carga de ocupantes de la Figura 7.3.1.2 de NFPA 101. Gada espacio individual de un arrendatario debera tener un medio de salida fuera del centro comercial cubierto en base a las cargas de ocupantes calculadas usando el factor de carga de ocupantes apropiado de esta tabla. Cada tienda de anclaje debe tener un medio de egreso independiente del centro comercial cubierto.

CAPITULO 3 •

Conceptos dedisefio de medios de evacuacion

3-51

TABLA 3.3.4 Resumen de disposiciones para carga de ocupacion y capacidad de salida del C6digo de Seguridad Humana, NFPA 101@

Componentes de Nivel (Puertas, Corredores, Salldas Horizontales,

Esaleras

15 Neto (1,4) 7 Neto (,65)

0,2

0,3

0,2

0,3

Numero real de sillas

0,2

0,3

20 Neto (1,9) 50 Neto (4,6) 35 Neto (3,3)

0,2

0,3

0,2

0,3

0,2

0,3

Tipo de Reuniones publieas Uso menos concentrado sin asientos fijos

Uso concentrado sin asientos fijos Asientos fijos Educativas Salones de clase

Talleres y vocacionales Guarderfas Sanitarias Dormitorios

Departamento de tratamientos Residencial Asilos y centros de aeog/da Mercantiles Planta baja

y sotano de ventas

Plantas bajas multiples --Gada una Otros pisos Bodegas

despacho

Centros Comerciales Negocios Industrial· Penitenciarias y Comi:cc1onales

120 Bruto (11,1) 240 Bruto (22,3) 200 Bruto (18,6) 200 Bruto (18,6) 30 Bruto (3,7) 40 Bruto (3,7) 60 Bruto (5,6) 300 Bruto (27,9) Ver c6digo 100 Bruto

(9,3) 100 Bruto (9,3) 120 Bruto (11,1)

NAS

AS

NAS

AS

0,5

0,1

0,6

0,3

0,5

0,2

0,6

0,3

0,2

0,3

0,2

0,4

0,2

0,3

0,2

0,3

0,2

0,3

0,2

0,3

0,2 0,2

0,3 0,3

0,2

0,3

0,2

0,3

Nota: NAS = sin rociadores; AS= con rociadores.

Ver NFPA 101 para factores de cargas en ocupaciones adicionales.

I

6. Que se coloque un aviso junto a la puerta que diga: EM­ PUJE HASTA QUE SUENE LAALARMA. iLAPUERTA PUEDEABRIRSE EN 15 SEGlTJ'..L)OS! 7. Debe proveersc iluminaci6n de emergencia en la puerta. NFPA 101 tambhb inc1uye "Puertas de Acceso a Egresos Controlados". EI c6digo indica varias limitaciones para estas. Una de las limitaciones es que cuando un ocupante se aproxima ala puerta, un elemento sensor debe abrir el cenojo. Los cerrojos de las puertas que permiten a las personas salir pero no volver a entrar son satisfactorios, aunque puede que este tipo de cierre no sea satisfactorio por razones de seguridad.

Entre las medidas posibles para evitar e1 uso no autorizado de las puertas de salida estan: 1. Una alarma automatic a que suene cuando se abre la puerta. 2. Supervision visual, por ejemplo, paneles de vidrio refor­ zado, circuito cerrado de televisi6n y espejos que pueden usarse segUn convenga. 3. Dispositivos fotogrmcos automaticos de para obtener fotos de los usuarios. Las llamadas cerraduras de salida, con un aparato para rom­ per vidrio accionadas golpeando una manija con la mano, no

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - ......

-~~~.-~

~-----------

3-52

SECCION 3 •

Comportamiento human a en emergencias de incendios

estt'm pennitidas por NFPA 101 a menos que se instalen junto con barras antipanico. De otra manera, estas no cumplen con las .disposiciones de NFPA 101 que dicen: "Las puertas deberan estar provistas de un cerrojo 0 pestillo U otro elemento de ase­ guramiento con un dispositivo de liberaci6n que tenga un me­ todo obvlo de funcionamiento y que se pueda manipular facilmente bajo cualquier condicion de iluminacion."o Otros tipos de cerraduras de romper el vidrio y controles electricos para liberar las salidas desde un punto central no estan pennitidas por NFPA 101. La excepcion es una ocupaci6n donde puedan ser necesarios los controles, como en instalaciones sani­ tarias y ocupaciones penitenciarias y correccionales. Una puerta de una sola hoja en un vano de puerta no debe­ ria tener un ancho inferior a 813 mm (32 pulg.) en edificaciones nuevas y 711 mm (28 pulg.) en edificios existentes. Para evitar tropiezos, el piso a ambos lados de la puerta debe tener la misma elevacion para un giro completo de la puerta.

Las salidas horizontales han sido aplicadas universalmente en instalaciones sanitarias, donde la evacuacion de pacientes por las escaleras es mas lenta y dificil que llevarlos por una salida horizontal hasta 'J.Il area de refugio segura. La Figura 3.3.1 0 Hustra una configuracion de salida horizontal dentro de un solo edificio y entre dos edificios. Una puerta de vaiven en un muro cortafuego proporciona salida horizontal solamente en una direccion. Se necesitan dos aberturas, cada una con puerta de vaiven en direcciOll del reco­ rrido de la salida para proveer salidas horizon tales desde ambos lados del muro. Cuando la proteccion ala propiedad requiere puertas cortafuego a ambos lados de la pared, puede usarse una puerta cortafuego corrediza horizontalmente, nonnalmente abierta, automatica, activada por un eslabOn fusible, en un lado, con una puerta cortafuego de vaiven en el otro lado.

Cierres Antipanico

Las escaleras de salida estan dispue5ta5 para minimizar el peli­ gro de caidas, ya que 5i una persona se cae en una escalera puede causar el bloqueo completo de la salida. Las escaleras deben ser 10 suficientemente anchas para que puedan bajar dos personas hombro a hombro, manteniendo asi una velocidad de evacua­ cion razonable, aunque las personas mayores 0 enfennas pueden retrasar el desplazamiento de un lado. No debe haber disminu­ ciones en la ancho de la escalera a 10 largo del recorrido, porque esto puede causar congestiones. Las escaleras empinadas son peligrosas. Los peldanos deben tener fondo suficiente para proporcionar buen apoyo de los pies. NFPA 101 especifica peldanos minimos de 279 mm (11 pulg.) y una altura maxima de 178 mm (7pulg.) en las escaleras nuevas. Deberia proveerse descansos para fraccionar tramos ex­ cesivamente largos. Ahora se recomiendan pasamanos continuos para escaleras nuevas. Las escaleras nuevas de mas de 1,5 m (60 pulg.) de ancho deben tener uno 0 mas pasarnanos centrales. Las escaleras empinadas son peligrosas. Los peldafios deben tener fondo suficiente para proporcionarbuen apoyo de los pies. NFPA 101 especifiea peldafios minimos de 279 rum (11 pulg.) y una altura maxima de 178 rum (7 pulg.) en las escaleras nuevas. Deberia proveerse descansos para fraccionar tramos ex­ cesivamente Ahora se recomiendan pasamanos continuos para escaleras nuevas. Las escaleras nuevas de mas de 1,5 m (60 pulg.) de ancho deben tener uno 0 mas pasamanos centrales. En :N"FPA 101 se permiten dos clases de escaleras para edi-

Las puertas de salida de las ocupaciones para reuniones publi­ cas y educativas, como escuelas y salas de cine, estan nonnal­ mente equipadas con cierres antipanico. Basicamente, los dispositivos de cierre antipanico estan disefiados para facilitar el desenganche del cerrojo de la puerta cuando se aplica presion no superior a 15 tibras (6,8 kg) en direccion al recorrido de salida. Estos dispositivos de liberaci6n son barras 0 tableros que se ex­ tienden no menos de la mitad del ancho de la puerta y estan co­ locados a una altura no inferior a 762 mm (30 pulg.) 0 superior a 1,1 m (44 pulg.) por encima del suelo. Los herrajes antipanico probados y listados para uso en puertas con clasificacion de resistencia contra incendio se 11a­ man "hen'ajes para salidas de incendios". Si se necesita cierre antipanico para puertas clasificadas como resistentes al fuego, se deben usar solamente herrajes para salidas de incendios. Hay herrajes antipanico estan disponibles para uso en puer­ tas sencillas 0 dobies, con variaciones para herrajes de bordes montados y dispositivos de embutir 0 de varilla vertical.

Salidas Horizontales Una salida horizontal es un medio de egreso del edificio hacia un meade refugio en otro edificio aproximadamente al mismo nive1, 0 un medio de egreso a traves de una barrera cortafuego de 2 horas de resistencia al fuego hacia un area de refugio apro­ ximadamente al mismo nivel del edificio, que brinda seguridad contra el fuego y hurno. Con una salida horizontal, es obvio que se debe proveer espacio en el area 0 edificio de refugio para las personas que entran al area de NFPA 101 recomienda un espacio de 0,28 m2 (3 pies2) por persona, a excepcion de las ocupaciones sanitaria:?, penitenciarias y correccionales, donde se recomiendan de 0,56 a 2,79 m 2 (6 a 30 pies 2) de espado. Las salidas horizontales no puedencontener mas de la mitad de la capacidad requerida de la salida, excepto en instalaciones sani­ tarias, donde las saJidas horizontales pueden abarcar dos tercios de la capacidad total requerida de la salida, y en instituciones pe­ rritenciarias y correccionales, donde las salidas horizontales pue­ den abarcar el 100 por ciento de la capacidad total de la salida.

Escaleras

Lado de refugio cuando un lado 5e incendia - - - 1

in~

Lado del hacia ellado de refugio

A

B

I

Lado de refugio cuando un lado S9 incendia

x

lado de rafu i Salida horizontal de des vias

en un edilicio de plano ablerto.

Se requieren puertas cortafuego

autocerrantes para apartar el fuego.

Se requiere salida horizontal de una via, del ed1ficio A al ediftcio B. Puertas cortafuego aulocerranles 0 de cierre automatico y pasadizo prolegido.

FIGURA 3.3.10 Tipos de safidas horizontafes

CAPiTULO 3 •

Conceptos de disefio de medios de evacuaci6n

3-53

ficios existentes, y un solo tipo de escaleras para esca1eras nue­ vas. Hay esca1eras Clase A y Clase B para .edificios. existentes. Los requisitos para cada clase se dan en la Tabla 3.3.5. Las escaleras pueden servir como ac~eso a la salida, como salida, 0 descarga de la salida. Cuando se usan como una salida, deb en estar en un cerramiento que Ilene los requisitos para ce­ rramientos de salidas 0 fuera del edificio y debidamente prote­ gidas. Las escaleras de acceso a la salida que conectan dos 0 mis escaleras son aberturas vertic ales y deben estar protegidas como aberturas verticales. Las escaleras pueden estar dentro del edificio cuando NFPA 101 eiilleci.fi~agene!ahnente cerra!lliel}tos deprot~cdon. Estas tambien pueden estar en el exterior si cumplen con los requisi­ tos para escaleras exteriores y estan dispuestos de manera que las personas que temen a las alturas no esten renuentes a usar­ las, y no esten expuestas a las condiciones de incendio origina­ das en el edificio y, donde sea necesario, esten protegidas contra 1a nieve y hielo. Las escaleras exteriores no deberian confun­ dirse con escaleras de escape de incendio (Figura 3.3.11). Este metodo tiene aplicaciones en muchos tipos de ocupaciones, tales como escuelas, moteles, edificios profesionales pequefios, etc. Debe tenerse en cuenta que existen dos.medios de egreso, re­ motos entre S1, desde el balcon del segundo piso Los detalles de construccion de los cerramientos de esc ale­ ras incluyen los principios para contener la propagacion del y humo. Las puertas en las aberturas en cada piso son esenciales para evitar que las escaleras sirvan como conducto de humo. Generalmente, los cerramientos de escaleras deberian inc1uir no solamente las escaleras, sino tambien el recorrido desde el fondo de las escaleras hasta la descarga de la salida, de manera que los ocupantes un pasadizo encerrado, prote­ hasta salir del edificio. EI cerramiento de la escalera debe ser de construccion de I hora de resistencia al fuego cuando co­ necta tres pis os 0 menos y de 2 horas cuando conecta cuatro pisos 0 mas.

vado puede ser designado como un pasadizo de salida siempre que este separado ydispuesto de acuerdo con los requisitospara las salidas, El uso de un zaguan 0 corredor como pasadizo de salida in­ troduce algunas consideraciones especiales. El uso de estos es­ pacios para propositos diferentes a los existentes puede violar las consideraciones fundamentales de disello. En el caso de una industria,:por ejemplo, e1 uso de un montacargas con motor de gasolina en un corredor destinado como pasadizo de salida vio­ larialos princlpios del disefio de salidas. NFPA 101 especifica que un cerramiento de salida no deberia ser usado para ninglin _fin gue pudie~~ interferir con su fundon de salida y esta el'tric­ tamente prohibido por el codigo. Ademas, penetracion del cerramiento por conductos y otros servicios canalizados puede violar el cerramiento protector. Cada abertura en un cerramiento de salida representa un punto debil que podria permitir la propagaci6n de contaminan­ tes del incendlO dentro de la salida e impedir su uso. El corre­ dor tipico utilizado como una salida con numerosas aberturas de puertas podria producir contaminaci6n del cerramiento por in­ cendio si una puerta se quedara sin cerrar y sin cerrojo. Las aberturas de puertas en los cerramientos de salidas deberian li­ mitarse a aquellas necesarias para acceso al cerramiento desde los espacios normalmente ocupados. Por 10 tanto, las puertas y otras aberturas hacia espacios como salas de calderas, espacios de almacenamiento, cuartos de basura, y annarios para mante­ nimiento no se permiten en los pasadizos de salida. No se debe confundir un pasadizo de salida con un corre­ dor deacceso a la salida. Los corredores de acceso a salidas no tienen requisitos de proteccion de estructura tan severos como los pasadizos de salida, ya que estos proporcionan acceso a una salida y no son una extension 0 parte de la salida~ En la Figura 3.3.6 el pasaje entre E y Des un pasadizo de salida.

EscaJerasa Prueba de HUn1()

Las escaleras de escape de incendios deben ser escaleras, no es­ caleras de mano. Las escaleras de escape de incendios son, en el de los casos, un pobre sustituto de escaleras norrnales interiores 0 exteriores. NFPA 101 solamente pemiite escaleras deescape de incendioen los edificios existy n1:\=s. Los mismos principios de disefio se aplican a las escaleras de escape de incendios que a las escaleras interiores, aunque los requisitos de ancho, inclinaci6n y otras dimensiones general­ mente son menos estrictos. NFPA 101 ofrece los siguientes cri­ terios para el disefio de esraleras de escape de incendios. Las escaleras de escape deben extenderse preferiblemente hasta el nivel de la calle 0 nivel del terreno. Cuando los ande­ nes sean obstruidos por escaleras permanentes, puede usarse secciones de escaleras oscilantes en el tramo inferior, disenadas para oscilar bajo el peso de una persona. El area por debajo del tramo oscilante debe mantenerse libre de obstrucciones de ma­ nera que Iaparte oscilante pueda alcanzar el suelo. Las escale­ ras oscilantes deben tener un contrapeso del tipo que se balancea en un l'ivote; no deben usarse cables. Las escaleras de escape que terminan en balcones por encima del nivel del terreno y no proveen un medio para llegar hasta el suelo, excepto saltando 0 con escaleras manuales portatiles, son inseguras.

Los huecos hermeticos al hurno ofrecen la proteccion mas alta de cerramiento para escaleras protegidas, de acuerdo con NFPA 101. El acceso al hueco de la escalera es solamente a traves de balcones abiertos iiaire libre, vesnbulosV:entilad8s o'v~stfbulos presurizados mecanicamente,de' ;que el liuino, calor y llamas no se propaguen rapidamente dentro del hueco de la es­ calera aunquelas puertas sedejen a:biertas accidentalmente{ver la Figura 3.3.9}.

Rampas Las rampas, encerradas y dispuestas como escaleras, algunas veces se usan en lugar de escaleras cuando hay grandes multi­ tudes y para proveer acceso y egreso a las personas que no pue­ den caminar. Para que sean consideradas seguras, las rampas de salida deben tener una inclinaci6n graduaL

Pasadizos de Salida Un zaguan, corredor, pasaje, tUnel, 0 pasadizo subterraneo 0 ele­

Escaleras de Escape de Incendios

3-54

SECCION 3 •

TABLA 3.3.5

Comportamiento humano en emergencias de incendios

Requisitos para escaleras de edificios nuevos y existentes Escaleras existentes Nuevas escaleras

Ancho minima libre de obstrucciones excepto proyecciones que no excedan 0,89 mm (3-1/2 pulg.) a y por debajo de la altura del pasamanos en cada lado Altura maxima de contrahuellas Altura minima de contrahuellas Fondo minimo del peldano Altura minima de techo Altura maxima entre descansos Dimension minima de los descansos en direccion a la salida

Puertas que abren directamente sobre las escaleras, sin descaso al menos en el ancho minima de la puerta

Clase B

ClaseA

1,12 m (44 pulg.)

1,12 m (44 pulg.) 0,91 m (36 pulg.)

0,91

No

No

1,12 m (44 pulg.)

m (36 pulg.) Cuando la carga de ocupantes total Cuando la carga de ocupantes total de todos los de todos los pisos servidas por pisos servidas por las escaleras sea menor las escaJeras sea menor que SO. que 50. 178 mm (7 pulg.) 191 mm (7-1/2 pulg.) 203 mm (8 pulg.) 102 mm (4 pulg.) 279 mm (11 pulg.) 244mm(10pulg.) 229mm (9pulg.) 2,03 m (6 pies 8 pulg.) 2,03 '11 (6 pies 8 pulg.) 2,03 m (6 pies 8 pulg.) 3,7 m (12 pies) 3,7 m (12 pies) 3,7 m (12 pies) Las escaieras y descansos intermedios deben continuar sin disminudon en su ancho a 10 largo de la direccion del recorrido de la salida. En edtficios nuevos cada descanso debera tener una dimension, medlda en direccion de la salida, igual al ancho de la escalera. No es necesario que tal dimension exceda 1,22 m (4 pies) cuando la escalera tenga un recorrido recto.

o0 FIGURA 3,3;11 Escalerasexteriores que proveen salidas directas al exterior de lodos cuartos en un edificio de pisos multiples. No hay corredores interiores a traves de los cuales e/ humo y las llamas puedan propagarse.

Muchas personas con miedo a las alturas son renuentes a usar escaleras de escape. En loposible, el disefio deberia dar una sensaci6n de seguridad, 10 mismo que los pasamanos ade­ cuados y otros detalles necesarios para la seguridad. Las esca­ leras de escape deben estar firmemcnte ancladas a las paredes del edificio y mantenerse pintadas para evitar el moho. El acceso preferente a los escapes de incendio es a traves de las puertas que conducen desde el area principal del edificio 0 desde los corredores, nunca a traves de cuartos que puedan tener puertas con cerrojo excepto cuando cada cuarto 0 apartamento tiene acceso separado al escape de incendios. Aunque el acceso preferente a los escapes de incendios es a traves de puertas, se pueden usar ventanas, en cuyo caso el antepecho no debe estar a mucha altura del piso. Las ventanas deben tener un tamaiio su­ ficiente y, si hay mallas instaladas contra insectos, deben ser del

m (36 pulg.)

0,91

No

tipo que se pueda abrir 0 quitar nipida y facilmente. No se deben instalar rejas decorativas 0 barras de seguridad en las ventanas de acceso a los escapes de incendio. Los escapes de incendio pueden crear una exposici6n al fuego grave a las personas si las llamas salen de las ventanas por debajo de estos (Figura 3.3.12). La mejor 10calizaci6n para los escapes de incendio es sobre los muros exteriores de mam­ posteria sin exponer ventanas, con acceso a los ba1cones de es­ cape por medio de puertas exteriores cortafuego. Cuando las aberturas de ventanas ponen de manifiesto escapes de incendio, se deben usar vidrios reforzados en marco de metal. Cuando existe un sistema compl~to de rociadores automaticos normali­ zado en el edificio, se reduce el riesgo de exposici6n al fuego del personal en las escaleras de escape. de escape de in­ En climasdel norte, las escaleras cendio podrian ser obstruidas por la nieve y el hielo.

Escaleras Mecanicas, Pasillos Rodantes y Ascensores En algunas ocupaciones, son aceptables las escaleras mecan,icas como salidas en edificios existentes si estas tienen cerramientos similares a los de las escalera~ de salida y cumplen con los re­ quisitos para escaleras como ancho de las huellas y altura de las contrahuellas. Sin embargo, estas escaleras mccanicas rara vez son instaladas de forma que puedan calificar como salidas, y es comtin encontrar escaleras mecanicas conaberturas de pi so sin protecci6n. Las escaleras mecanicas no son reconocidas como un componente aceptable en un medio de egreso en construc­ ciones nuevas. Los pasillos rodantes tambien pueden usarse como medios de egresos si cumplen con los requisitos generales para rampas, cuando son inclinados, 0 para pasadizos si son horizontales. Los ascensores no son reconocidos como salidas. Sin em­

CAPiTULO 3 •

Conceptos de disefio de medios de evacuacion

3-55

FIGURA 3.3.13 Escalera de salida usada como un area de refugio

FIGURA 3.3.12 EI aspecto temporaf de los escapes de incendio es a veces pefigroso. Ef incendio puede hacerque fos escapes de fuego sean intitiles como 10 muestra esta ilustracion, sacada de la fotograffa de un incendio

bargo, se permite el uso de ascensores, en circunstancias limita­ das, para servicio de Areas de refugio para discapacitados. E1 C6digo deSeguridad Humana tambi6n reconoce los ascenso­ res, en circunstancias muy lirnitadas, como la segunda salida de las toITes de acceso restringido, como las torres de control de tra­ fico aereo. FIGU RA 3.3.14 Areas de refugio en construcciones nuevas

Areas de Refugio Desde 1991, NFPA 101 ha listado las "Areas de refugio" como elerriento especifico de los medios de egreso. Aunque sean be­ neficiosas para todas las personas, su objetivo primordial es para las personas con dificultades para usar escaleras. Todos los edi­ ficios nuevos deben enfrentar el asunto de "medios de egreso accesibies". En la mayoria de nuevos edificios altos sin rocia­ dores, esto requerira a1glin tipo de area de refugio. Las Figuras 3.3.13 y 3.3.14 ilustran dos metodos para proveer areas de refu­ gio en edificio~ ~iAro"~iad9res.~<

Cables y Escaleras de Mano Generalmente no se aceptan cables ni escaleras de manoen los c6digos como substitutos de salidas norma1es de los edificios. Esto es correcto ya que no hay excusapara petmitir su uso con excepci6n posiblemente de viviendas existentes uni y bifami1ia­ res donde no es econ6micamente pnictico afiadir un medio de escape secundario. En este caso, seria adecuada una escalera de cable 0 cadenas 0 una escalera pIe gable de metal. Sin embargo, el duefio de casa debe estar consciente de que las personas ma­ yores, los enfennos, ninos pequefios, y las personas fisicamente impedidas no pueden usar escaleras de mano y que si la escalera pas a cerca 0 sobre la ventana de un piso iuferior, las llamas des de la ventana pueden impedir el usa de la escalera.

Ventanas Las ventanas no son salidas. Se pueden usar como acceso a los

sin rociadores

escapes de incendio en edificios existentes si cumplen ciertos criterios en relaci6n con el tamafio de la abertura de la ventana y la altura del antepecho sobre el piso. Las ventanas pueden considerarse como un medio de escape de ciertas ocupaciones residenciales. Se requieren ventanas en los salones de escuelas que sean ocupados por estudiantes, a menos que el edificio este equipado con un sistema de rociadoresautomatico normalizado, y en las habitaciones de viviendasuni '¥ bifamiliaresque notengan dos medios de escape separados. Estas ventanas son para rescate y ventilaci6n y deben llenarlos requisitos de tamafio de laaber­ tura, modo de funcionamiento, y altura desde el piso.

ILUMINACION Y CARTELES DE SALIDA I

lIuminaci6n de Salidas En edificios con iluminaci6n artificial para su uso normal, se re­ quiere la iluminaci6n de los medios de egreso para asegurar que los oeupantes puedan evacuar el edificio rapidamente. La in­ tensidad de la iluminaci6n de los medios de egreso no debe ser inferior a 10,7'7 luxios/m2 (1 bujia-pie) medida en el piso. Es re­ comendable que esta iluminaci6n del piso se haga con luces em­ potradas en la pared y ubicadas aproximadamente 30,5 em (1 pie) sobre el piso porque de esta manera las luees probablemente no seran oscurecidas por el humo que pueda presentarse durante un incendio. En auditorios y otros lugares de reuni6n publica

3-56 SECCION 3 •

Compoqamiento humano en emergencias de incendios

donde se presenten peliculas y otras proyecciones,NFPA 101 permite una reducci6n en esta iluminaci6n durante e1 tiempo de 1a proyecci6n a tasas no inferiores a 2,2 luxios/m 2 (1 bujia-pie).

lIuminacion de Emergencia NFPA 101 requiere energia de emergencia para iluminar los me­ dios de egreso en muchas ocupaciones. Por ejemplo, se requiere iluminacion de emergencia en ocupaciones para reuniones publi­ cas; en casi todas las edificaciones educativas; en instalaciones sanitarias; en instalaciones penitenciarias y correcciona1es; en la mayoria de hoteles y edificios de apartamentos; en instalaciones mercantiles Clase A y B; en edificios de oficmas segUn la carga de ocupacion y uilmero de pisos; en la mayor parte de los edificios industriales y de almacenamiento; y en estructuras subtemineas 0 sin ventanas con ocupacioJiesde mas de 100 p~rsonas. Una iluminaci6n de emergencia bien disefiada, usando una fuente de energfa independiente del servicio normal del edificio, proporcipnaautomaticamente la iluminacionnecesaria en caso de una interrnpcion de energia en la iluminaci6n normal. La falla de la empresa de servicios publicos u otra fuente extema de energia, la apertura de un interruptor de circuito 0 fusible, 0 cualquier manipulacion, inc1uyendo la apertura accidental de un interruptor que controla las instalaciones de iluminacion normal, deberia activar el funcionamiento automatica del sistema de alumbrado de emergencia. Es muy importante la confiabilidad de lailuminacion de las salidas. La NFPA 70, C6digo Nacional Electrico®, detalla las estipulaciones para la instalacion de equip os de alumbrado de emergencia. Las luces electricas y luces portatiles activadas normalmente por baterias no se usan como iluminacion prima­ ria de las salidas, pero pueden usarse como fuente deemergen­ cia bajo las restricciones impuestas por NFPA 101. Los materiales luminiscentes, fluorescentes, u otros materiales re­ flectivos no son substituto para la iluminacionestipulada, ya que normalmente no son 10 suficientemente intensospara justificar gU aceptacion como iluminacion de los pisos de las salidas. Cuando se utilizan luces deemergencia activadas por bate­ rias electricas, senecesitan instalacionesadecuadas para mantener las bateriasdebidamente cargadas. Las baterias deacumuladorde plomo tipo automovil no son adecuadas debidoa su relativacorta vida cuando no sonsometidas a recargas frecuentes. Asimismo, las baterias secas tienen una vida limitada y existe el peligro de que no sean reemplazadas cuando se deterioran. ;Si fallael alumbradorioh11aldel etlificio"I,1nalumbrado de emergencia bien dispuesto provee automaticamente la ilumina­ ci6n necesaria del piso, sin interrupcion apreciable de luz du­ rante la transicion. Cuando se piovee un generador, una demora hasta de 10 segundos se considera tolerable. EI pracedimiento normal es proporcionar tal alumbrado de emergencia por un pe­ rfodo minimo de 1 Ih horas. La mayoria de las ocupaciones sa­ nitarias tienen plantas generadoras de electricidad independientes para el suministro de energiade emergencia, no s610 para el alumbrado de las salidas sino para uso en caso de falIa del servicio publico. Cuando se proveen estas instalacio­ nes e16ctricas de emergencia, 6stas pueden suministrar energia para iluminacion de las salidas de emergencia, 10 mismo que otras areas criticas de tales edificios.

Carteles de Salida Todas las salidas y vias de acceso requeridas deben estar identi­ ficadas con carteles de facil visualizaci6n donde la salida 0 la via para alcanzarla no sea"direcFamente visible para los ocupantes. Se requieren carteles direccionales de "SALIDA" en lugares donde la direccion de desplazamiento basta la salida mas cer­ cana no es clara. El camcter de la ocupacion determinani la ne­ cesidad real de estoscarteles. En ocupaCiones para reuniones publicas, hoteles; tiendas de departamentos; y otros edificios con una poblacion transitoria, la necesidadde.carteles sera mayor que para un edificio con pobla~i6npermanente 0 semiperma­ nente. Aun en ed{fi~ios:G~nQppp;iQU}jt;es{dencial permanente, son necesarios los c~les para identific~.las instalaciones de salidas, tales como escaleras, que!loseJ,l~an regularmente du­ rante la ocupaci6n nonnal del edificio. Es igualmente impor­ tante que las puertas, pasadizos, 0 escalerasque no son salidas pero que estan ubicadas 0 dispuestas de manera que puedan con­ fundirse con salidas sean identificadas con carteles quedigan: "NO ES SALIDA". Los carteles deberian estar ubicados y ser de un tamafio, color, y disefio que los hagan facilmente visibles. Debe tenerse cuidado de no colocar decoraciones, mobiliario, u otros equipos del edificio que interfieran con la visibilidad de estos carteles. N'FPA 101 no hace ningUn requerimiento especffico sobre el color del aviso, pero sf requiere que los carteles sean de un color distintivo. Algunos c6digos locales especifican el color de los carteles de salida. NFPA 101 especifica el tal]1afio 4~1 aviso, las dimensiones de las letras, y los niveles de iluminaci6n para car­ teles iluminados tanto externa como internamente. Se ha sugerido el mejoramiento de la marcaci6n fisiCade las salidas en una ocupaci6n de oficinas con luces estroboscopi­ cas rajas 0 verdes. Instalar la iluminaci6n de corredores sobre las paredes cerca alpiso para pro veer iluminaci6n efectiva en condiciones de humo, como se hace en Japon, es una tecnica digna de investigar. 27

SISTEMAS DE ALARMA Los sistemas de alarma de incendios para avisar a los ocupantes que debensalir del edificio son generalmente de operaciol1 ma­ nual. Los .dispositivos sonoras de alarma·deberfan tener Sl! pro­ pio tone caracteristicoque los distinga deotros dispositivos sonoros, y eluso de estos dispositivos deberia limitarse a la no­ tificaci6n de evacuaci6n. Se Itan desarrollado e instalado siste­ mas de alarma por vozen muchos edificios de gran altura. 14 NFPA 101 exige por mandato sistemas de a1arma y comunica­ oiones de voz en los edificios de gran altura. Naturalmente, es muy importante que todos los dispositivos de los sistemas de alarma se encuentren distribuidos por todo el edificio, de manera que puedan ser escuchados efectivamente en todos los cuartos por encima de otros sonidos. En los edificios, algunas veces se usan los sistemas de alarma visibles as! como audibles. NFPA 101 permite la intermitencia de los carteles de salida con la ac­ tivacion del sistema de alarma de incendio. En construcciones nuevas, deben proveerse alarmas visibles ademas de las alarmas audibles en la mayoria de los casos.

CAPiTULO 3 •

EI mantenimiento adecuado de los sistemas de alarma es muy importante. Los sistemas de alarm.a deben estar supervisa­ dos por llI1.a persona responsable que haga las pruebas adecua­ das a intervalos especificados Y Be haga cargo de todas las modificaciones y adiciones de los sistemas.

SIMULACROS DE EVACUACION DE EMERGENCIA Y REUBICACION Los simulacros de e,vacuacionyevacuacipll cieeIllergencia son esenciales .en lasescuelas y son aconsej abIes en todos ·los .tipos de ocupacionespara garantizar la familiaridad con las salidas y su funcionamiento. En ocupaciones tales comohospitales, sa­ natorios 0 clinicas,hoteles, y tiendas por departamentos, los si­ mulacros ,generalmente se limitan a la participaci6n de los empleados, sin alarmar a los pacientes, huespedes 0 clientes. Deberian planearse simulacros para evacuar a todo el mundo del edificio ollevarlos a un area de refugio de manera ordenada, 10 mas pronto posible. EI comb ate contra incendios siempre es se­ cundario a la proteccion humana y, en general, las operaciones de combatecontra incendios no deberian iniciarse hasta que haya terminado la evacuacion,excepto en.casos donde los cuer­ pos de bomberos entrenados realizan operaciones de rescate y comb ate contra incendios simulUmeamente. Deben realizarse simulacros por 10 menos una vez al mes 0 mas frecuentemente,pero no con perfodos regularmerite progra­ mados.· Los simulacros deberian llevarse a cabo en todos los tur­ nos de ocupacionesque funciona las 24 horas del rna. Deberfan simular condiciones .de incendio tipicas de la ocupacion. Los si­ mulacros, tanto avisados como sin previo aviso, son beneficiosos. Los simulacros de evacuaci6n de emergencia y reubicacion son un ejercicio de disciplina, no de velocidad, aunque la eva­ cuaci6n rapida del·edificio es importante. No debe pennitirse que los estudiantes y empleados se detengan para ponerse los abrigos. No debe pennitirse que ninguna persona permanezca en el edificio, y no se debe excusar a nadiede participar en el si­ mulacfO; EI simulacro debe incluir un llamado de lista para cada cIase en areas,de reuniones publicas designadas fuera del edifi­ cioparaasegurar:se de que nadiese·hayarezagado. Tambiensedeberia establecer Ullarutina para la revisi6n completa del edificio, incluyendo Ids serviciossanitaiiospara ve­ rificar que no se hayaquedado nadie. Todas las salidas d.eberian ser usadas simulacros, pero lasr.utasdeben variarse de un si­ mulacro a otro. Se deben reaiizar maniobras ocasionales para si­ mular condiciones de salidas obstruidas por el fuego 0 hurno. Todos los simulacros deben simular el procedimiento de notifi­ caci6n al cuerpo de bomberos.

en

MANTENIMIENTO DE LOS

MEDIOS DE EGRESO

La disposicion de un medio de egreso normalizado con capaci­ dad adecuada no garantiza la seguridad de los ocupantes en caso de evacuaci6nde un ediflcio. Los medios de egreso que no

Conceptos de diseno de medias de evacuaei6n

3-57

esten debidamente mantenidos pueden significar la perdida de vidas en Ull incendio. Los admiriistradores de propiedades usualmente asignan responsabilidad definida para manteni­ miento de los equipos mecanicos yel6ctricos pero no hacen 10 mismo con los medios de egreso. En consecuencia, las autori­ dades de inspecciones pueden encontrar que ,una escalera, se­ gura en otros aspectos, se estrr~pa]"aciQIl' . Las puerta§ glle se bloquean abiertas 0 quese desmontan de las entradas a los ce­ rramientos de escaleras pueden permitir la propagacion rapida . de hurno 0 gases calientes por todo el edificio. Los pasamanos sueltos 0 escalonesflojos 0 resbalosos son peligrosos ya que las personas que estan evacuando un edificio pueden caer en el ca­ mino de quienes estan bus cando escapar.. Mantener los medios de egreso en condiciones seguras y funcionales todo el tiempo es tan importante en la prevencion de perdida de vidas como la construcci6n adecuada del edificio y la eliminaci6n de los ries­ gos de incendio.

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3-58

SECCJON 3 •

Comportamiento humano en emergencias de incendios .

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NFPA 255, Standard Method ofTest ofSuiface Burning Characteris­ tics ofBuilding Materials NFPA 260, Standard Method ofTests and Classification System for Cigarette Ignition Resistance ofComponents of Upholstered Furniture NFPA 261, Standard Methodfor Determining Resistance ofMock-Up Upholstered Furniture Material Assemblies to Ignition by Smol­ dering CigareTtes NFPA 267, Standard Method ofTestforFire Characteristics ofMat­ tresses andBedding Assemblies Exposed to Flaming Ignition .. Source NFPA 286, Standard Methods ofFire Tests jorEvaluating Contribu­ tion of Wall and Ceiling Interior Finish to Room Fire Growth NFPA 500(JfM, Building Construction and Safety Code™ Templer,).• The Staircase:. Studies ofHazards, Fills and Safer Design, MIT Press, Cambridge, MA, 1992. Teo, A., "Validation of an Evacuation Model Currently under Devel­ opment," Fire Engineering Research Report 0117, University of Canterbury, Christchurch, New Zealand, Mat. ZOO1. Thompson, P., Wu, J., and Marchant, E., "Simulex 3.0: Modelling Evacuation in Multi-Story Buildings," Proceedings of the Intcr­ national INTERFLAM Conference, INTERFLAM '96, Cam­ bridge, UK, March 26-28, 1996, C. A. Franks and S. Grayson (Eds.), Interscience Communications Ltd., London, UK, 1996, pp.725-736. Van Bogaert, A. F., "Evacuating Schools on Fire," Proceedings of the 1st International Symposium on Fire Safety Science, Hemi­ sphere, 1986, pp. 551-560. Wade, C. A., "Means of Escape in Multi-Storey Buildings. Study Re­ port," BRANZ Study Report SR38, Building Research Associa­ tion of New Zealand, Judgeford, July 1991. Walsh, C. J., "Rational Fire Safety Engineering Approach to the Pro­ tection of People with Disabilities in or Near Buildings during a Fire, or Fire Related Incident," Proceedings of the International INTERFLAM Conference, INTERFLAM '96, Cambridge, UK, March 26--28, 1996, C.A. Franks and S. Grayson (Eds.), Inter­ science Communications Ltd., London, UK, 1996, pp. 341-352. Watts, J. M., Jr., "Angle of Exit Remoteness. Technical Note," Fire Technology, Vol. 32, No.1, 1996, pp. 76--82. Webber, G., and Hallman, P., "Photoluminescence for Aiding Escape," Fire Surveyor; Vol. 17, No.6, 1988, pp. 17-29. Weinroth; J., "An Adaptabla Microcomputer Model for Evacuation Management," Fire Technology, Vol. 25, No.4, 1989, pp.291-307. Yoshida, Y., "Evaluating Building Fire Safety Through Egress Predic­ tion: A Standard Application in Japan," Fire Technology, Vol. 31, No.2, 1995,pp. 158-174. . .. . and Yager, B., "Case Study:The Yung, D., Hadjisophocleous, G. Use ofFlRECAMTM to IdentifyCosFEffective Fire Safety De­ sign Options for a Large 4O-Story Office Building" Proceedings of the Pacific Rim Conference and 2nd International Conference on Performance-Based Codes and Fire Safety Design Methods, Maui, HI, May 3-9,1998, International Code Council. Birming­ ham,AL, 1998. pp. 441-482.

v.,

a prevencion es el medio mas efectivo para reducir perdidas por el fuego. En esta Seccion se exponen criterios basicos de prevencion a traves del control, modificacion 0 cambio de las fuentes posibles de calor que puedan incendiar materiales combustibles diversos 0 las circunstancias bajo las cuales los materiales oxidantes y reductores mezc1ados puedan incendiarse. Se analizan tambien varias fuentes de calor y de combustibles presentes en gran numero de escenarios comunes, en muchos tipos de ocupaciones y otros escenarios mas especificos; tambien discute la forma como pueden presentarse los incendios. Excelente informacion sobre todo para el encardo de seguridad contra incendios en una planta industrial. Se pueden distinguir tres propositos en esta seccion: 1. Discute las fuentes de calor y de combustible; 2. Identifica los peligros de incendio asociados a enos; y 3. Discute metodos de prevencion de incendios aplicables. Ellector debe ser capaz de reconocer que ciertos metodos y tecnicas de deteccion, supresion, control, confinamiento pueden ser comunes a varios tipos de materiales y fuentes de calor y reconocer que Capitulos como e14.l a14.4 se refieren a peligros de incendio de origenelectrico que son comunes a muchas ocupaciones y operaciones comerciales e industriales. Los otros capitulos se refieren a operaciones y procesos especificos. Como nota ac1aratoria, en la Seccion 6 (Materiales, Productos y Ambientes) se discuten los materiales combustibles que pueden contribuir mas rapidamente ala propagacion de un fuego. En la Seccion 10 (Incendios en Confinamiento) se discute la relacion entre disefio y La construccion y en Seccion 11 (Sistemas de Proteccion par~ Clases de Ocupaciones) se tratan las diferentes necesidades que pueden presentarse en estructuras que se presentan dentrode un mismo tipo de ocupacion. Los Capitulos 4.1 a14.4 se refieren a fuentes de calor electrico, rayos, electricidad estatica ysuministro y al suministro de potencias en plantas electricas de emergencia. El Capitulo 4.5 analiza las calderas, e14.5las calderas de aceite termico y el4.7 motores estacionarios de combustion intema. Otros capitulos tratan sobre Hquidos inflamables y combustibles, gases, productos qufmicos, combustibles solidos en plantas de produccion. El Capitulo 4.10 analiza procesos desoldadura, corte y trabajos en caliente y el Capitulo 4.22 describe los sistemas de refrigeracion des de el punto de vista de la seguridad contra incendios. En Latinoamerica, la falta de aplicacion de codigos de incendio como la NFPA 1 y la NFPA 101 Y sobre todo por la ausencia de una Autoridad Competente, se traduce en una proliferacion de riesgos latentes de incendios. La falta de coherencia y especialidad en este tema, nos neva a observar con demasiada frecuencia redundancia en sistemas, sobre-disefios y en general poco aprovechamiento de las opciones que dan las normas NFPA. Se ve un gran enfasis en equipos mas grandes de 10 necesario, y no en protecciones pasivas 0 metodos de prevencion de incendios. La otra cara de la moneda es que cuando no hay presupuesto suficiente, los proveedores y compradores de equipos acomodan los sistemas al dinero disponible y no a las necesidades reales de proteccion. El bajo 0 sub-disefio, es decir estar por debajo de 10 que la norma NFPA especifica, puede ser catastrofico y resultar en agotamiento de recursos antes de lograr el con- I trol del incendio. Es preferible construir parcialmente, por etapas 0 en fases 10 que es necesario bajo la guia de un Plan Maestro de Seguridad contra Incendios, que tratar de hacer instalaciones con sub-disefio. Esto neva a un gran desperdicio de recursos y un sentido de falsa seguridad. La resultante son plantas y estructuras que no logran un nivel aceptable de seguridad contra incendios en detrimento de la seguridad de los empleados, de la continuidad del negocio y de la proteccion a la propiedad. Como una excelente estrategia para identificar y mitigar estos riesgos, hemos sugerido la elaboracion de Planes Maestros de Seguridad contra Incendios que sirvan de guia para adecuar, de la manera mas racional y coherente posible, la instalaci6n a un nivel aceptablede seguridad contra incendios. Profesionales en ingenieria de proteccion contra incendios extemos son La

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4-1

Jaime Moncada Perez, CEPI

4-2

SECC ION 4 •

Prevencion de incendios ,

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TRADUCTORES VREVISORES DEESTA'SECClON"":"'· Esta Secci6n fue traducida por Sara Montaiiez, Monica Sabogal y Alfredo Fajardo y revisada por e1 lng. Ramon Dominguez, CEPI, lng. Jaime Sanchez, lng. Bernardo Boh6rquez, lng. Jaime Moncada-Perez, CEPI y e1 lng. Federico Cvetreznik, CEPI

CONTENIDOS DE LA SECCION 4 Prevenci6n de Incendios Equipos y Artefactos Eh~ctricos Control de Fuentes de Ignicion Electrostatica Capitulo 4.3 Sistemas de Proteccion contra Rayos Capitulo 4.4 Suministros de Energia de, Emergencia y de Reserva Capitulo 4.5 Calderas para Homos Capitulo 4.6 Fluidos y Sistemas de Transferencia de Calor Capitulo 4.7 Motores de Combustion Estacionarios y Celdas de Combustible Capitulo 4.8 Equipos de Procesos Automatizados Capitulo 4.9 Sistemas de Fluidos de Transmision de Potencia Capitulo 4.10 Soldadura, Corte y Otros Trabajos en Caliente Capitulo 4.11 Instalaciones y Procesos para la Elaboraci6n de Maderas

Capitulo 4.1 Capitulo 4.2

4-3 4-43 4-53 4-65 4-71

4-87

4-93 4-101 4-107 4-111 '

Capitulo 4.12 Recubrimiento con Polvo y AcabadoporPulverizacion Capitulo 4.13 Procesosde Inmersion y Recubrimiento Capitulo 4.14 Industria de los Plasticos y sus Riesgos Relacionados Capitulo4.15 Equipopara Pmcesos Quimicos Capitulo 4.16 Fabricacion y Almacenamiento de Productos en Aerosol Capitulo 4.17 Ahnacenamiento de Liquidos Inflamables y Combustibles Capitulo 4.'1.8 Almacenamiento de Gases Capitulo 4.19 Almacenamiento y Manejo de Substancias Quimicas ' Capitulo 4.20 Almacenamientoy Manejo de Combustibles S6lidos Capitulo 4.21 Almacenarruento y Manejo de Productos de Molienda de Granos Capitulo 4.22 Sistemas de Refrigeraci6n

4-141 4-153 4-165 4-177 4-191 4-201 4-219 4-225 4-239 4-251 4-273

4-121

~~,~~,-,~-~~--------~-------~---------

Revisado por

Robert M. Milatovich

ste 1)apitulotratas{)bre equipos y artefactos"tliectricos. Los topicos especificos incluyen origenes de inceIldios eIectricos; c6digos y norrnas; cableado, disefio y proteccion de edificios; electrodomesticos; equipos industrialesy comerciales; equipos eJectricos para uso en exteriores; lugares expuestos a humedad y polvo; sistemas de senalizacion y comunicaciones; equipos de emergencia; e instalaciones en ocupaciones especiales. Cuando estan disenados, instal ados y mantenidos correctamente, los equipos electricos son convenientes y seguros; de 10 contrario pueden causar incendios y lesioncs personales. La electricidad puede causar un incendio cuando ocurre UP. areO 0 si el equipo se recalienta y puede causar lesiones ola muerte por descargaelectrica y quemaduras.

(excepto aparatos de resistencia ycalentadores)debeser la-mas baja posible. Para este fin se usan metales como el cobre y aluminio. En otros casos, como con los calentadores electricos, equipos electncos de cocina, y hierros de soldadura, el calor de la corriente es util.EI calentamiento de conductoreselectricos casi nunca representa peJigro de incendio si se hace bajo condiciones diseno. La NFPA 70, National Electrical Code®, especifica el amperaje 0 la corriente maxima segura que un conductor puede transportar sin recalentarse. EI amperaje depende de la dimension delcanductor; temperatura del ambiente en el que esta instalado elequipo; tipo de aislamiento; y sitio donde estan instalados los conductores, ej., ducteria para conductores electricos, en un cable, en tierra, 0 en el aire. Cuando se excede Ia corriente especificada, la generacion de calor causa el deterioro del aislamiento el6ctrico y puede incendiar los combustibles en contacto y en cercania a los conductores. Los aparatos 0 artefactos que usan conductores electricos como elementos de calentamiento 0 usanun arco el6ctrico para generar calor (ej., soldadores de arco) tambien pueden ser riesgos de incendio si se instalan y usan inadecuadamente. Todas las nonnas que gobieman equipos electric os incluyen estipulaciones para evitar incendios causados por arc os y recalentamiento y para evitar el contacto accidental, que podria causar choque electrico. Siempre que se hace un trabajo en equipos electricos, se deben tener en cuenta lasfuentesprincipales de riesgo electrico.

E

ARCOS Y RECALENTAMIENTO EN SISTEMAS ELECTRICOS Cuando se interrumpe un circuito electrico que lleva una corriente ya sea intencionalmente, como por medio de un interruptor, 0 por equivocacion, como cuando se afloja la conexion de un terminal, se produce un arco en los contactos del interruptor 0 calentamientode la conexion de alta resistencia. La intensidad del arco y la energfa liberada dependen principalmente de la corriente y resistencia del contacto en elterminal, 10 mismo que el voltaje e inductancia dOd 1~ d~i 'd;ccito. 'L~'i:emp~~ ratura f<.icilmente puede ser suficientemente alta para incendiar cu~lquiermaterial combustlble enla vecindaa.. '. ' U t i arco electrico rio solamente puede incendiar un material combustible en su vecinda:d~ por ejemplo, el aislamiento y re, vestimiento del conductor, sino que tambien puede fundir el metal misino del conductor. Chispas y salpicaduras del metal fundido pueden caer sobre materiales combustibles, iniciando un incendio. Cuando un conductor eIectrico transporta corriente, se genera calor en proporcion directa a Ia resistencia (ohm) del conductor y al cuadrado de Ia corriente (amperaje). La resistencia de los conductores utilizados para llevar corriente al sitio donde se usa 0 transportarla por el bobinado de porciones de aparatos

cargl;

ORIGENES DE INCENDIOS ELECTRICOS'ENEDIFICIOS La Tabla 4.1.1 ofrece una vision general de incendios de,estructuras reportados a los departamentos de bomberos de EUA de 1994 a 1998 codificados bomo causados por fallas electricas. Esta tabla se limita a incendios clasificados como corto circuito, falIa de conexi6n a tierra U otra falla eJectrica, de manera que probablemente no se incluyeron algunos incidentespertinentes. No se incluyen otras causas, como podrian ser la mezcla de fallas electricas can otros incendios. Ademas, estas estadisticas reflejan las causas detenninadas por los oficiales de bomberos en la escena, asi que pueden haberse presentado algunos errores de inclusi6n 0 exclusion. Los equipos de accionamiento electrico estan involucrados en mUltiples incendios cada afio (ver Tabla 4. 1.2, pOI ejemplo, en el total de incendios de equipos de distribuci6n electrica), pero en

Robert M. Milatovich es inspector supervisor del Departamento de Construcci6n del Condado de Clark en La Vegas, Nevada y presidente del Panel 20 para Coclificaci6n de la NFPA 70, National Electrical Code® (NEC).

4-3 I r - - - ' - - - - - -..- -...-~-.-------------------------

4-4

SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

TABLA 4.1.1 Incendios estructurales debidos a lalla elilctrica (promedioanualdeiricendiosreportados de 199481998)

Equipo involucrado en la ignicion Equipos de Calefacci6n Unidad de calefaccion central Calentador de agua Calentador fijo de espacio Calentador de espacio portati! Equipos de'Coc:iha Estufa Homo Unidad portatil para cocinar 0 calentar Equipos de Aire Acondicionado 0 Refrigeraci6n Equipos centrales de aire acondicionado 0 refrigeraci6n Refrigerador Unidad fija de aire acondicionado local Unidad portatil de aire acondicionado 0 refrigeracion Equipos de Distribuci6n EII~ctrica Cable ado fijo Transformador Contador 0 caja de contador Interruptor de energia 0 dispositiv~ de proteccion de sobretension (ej., fusible, cortacircuitos) Interruptor, receptaculo 0 tomacorriente Instalacion para luz, portalamparas, balasto, 0 aviso Cuerda 0 enchufe Lampara 0 bombilla Equipo de distribucion eh~ctrica sin clasificar Electrodomestico a Herramienta Television, radio 0 fonografo Secadora Lavadora de ropa Motor 0 generador separado Artefacto portatil disefiado para producir calor controlado (ej., plancha, manta electrica) Artefacto portatil no disefiado para producir calor control ado (ej., abrelatas, afeitad6raelectrica) Equipo 0 artefacto sin clqsiflcar Equipos Especiales Equipos electronicos (ej" telefono, computadora, rayos X) Otros Vehiculos Ningun equipo involucrado Otros equipos conocidos involucrados Equipos desconocidos involucrados

Numero promedio incendios porano

TABLA 4.1.2 Incendios estructurafes originados con equipos especificados de distribucionelectrica (promedio anual de incendios reportadosde 1994 a 1998)

Equipos Involucrados en la Ignicion

1930 1280 1110 850 1970 910 600

Cableado fijo Transformador Contador 0 caja de contador Equipo de conmutaci6n electrica 0 dispositivo de "protecci6n ooritrasobreteris16n ej:c6rtacircuitos" . Interruptor, receptaculo 0 tomacorriente Instalaci6n para luz, portalamparas, balasto 0 aviso Cuerda 0 enchufe Lampara 0 bombilla

Numero promediode pncendios por ano 17800

1100 1300 3000 5700 8900 8000 3900 49700

940

Total

960 560 540

Notas: Estos son incendios reportados a departamentos de bomberos municipales y por 10 tanto excluyen incendios reportados solamente a agencias federales 0 estatales 0 brigadas industriales de incendio. Las estadisticas incluyen una participacion proporcional de incendios con equipos involucrados en ignicion no reportados 0 desconocidos.Las cifras estanaproximadas hasta la centena siguiente. Fuentes: Kimberly D. Rohr, The U.S. Home Product Report (Appliances and Equipment Involved in Fires), Division de Incendios y Analisis, NFPA ,Quincy MA, enero 2002

15030 750 890 2520 4430 4890 6360 740 3370 1440 2310 750 690 1120 550 2500 620 450 9770 5270 5580 81670

Total Notas: Estos son incendios reportados a departamentos de bomooros municipales y par 10 tanto excluyen inceooios reportados a agencias federaJes 0 estatales 0 a brigadas industriales de incendios, Las estadisticas incluyen una participacion proporcional de incendios con factores de ignicion desconocidos 0 no reportados. "Falla electrica" definida como Factor de Ignicion 54 (corto circuito a falla de conexion a tierra) 0 55 (otra falla electrica). Las cifras aproximadas a la decena proxima. Las sumas pue-den no igualar los totales debido a las aproximaciones. Se muestras tipos individuales de equipos si sumaron por 10 menos 450 incendias por ana. Fuente: Estimados nacionales basados en estudio de NFIRS y NFPA.

escenarios que no son de falla electric a, como Ia instalaci6n 0 uso de equipos con superficies calientes demasiado cerca a combustibles. Algunos de estos escenarios de fana no electrica incluyen falIa mecanica u otros tipos de fallas de equipos, Pero, en realidad, alUl cuando la falIa de equipos es causa relacionada, casi todos los incendios de equipos electricos son causados por errores humanos previsibles 0 eVitables, como los siguientes:

Instalaci6n Inadecuada Son ejemplos: el no seguir las instnIcciones deinstalaci6ndel fabricante 0 las estipulacion~s del "NEe (National Electrical Code), como los requisitQs de fabri?aci6n,pueden resultar en que el equipo se instale de man.era que produzca sobrecargas, dano a los equipos 0 calentamiento excesivo de combustibles cercanos. El no igualar e1 ta11)ano de calibre del alambrado con el vatiaje del equipo 0 sobredimensionamiento de fusibles (uso de fusibles con clasificacion de amperaje demasiado alta).

Falta de Mantenimiento Los equipos se desgastan en el servicio. EI deterioro del aislamiento electrico con el tiempo es un ejemplo. El deterioro puede acelerarse debido a la instalaci6n inadecuada, calor excesivo, condiciones ambientales adversas 0 dano fisico. Aunque los equipos y sistemas esten debidamente instalados, el envejecimiento puede causar deterioro; por 10 tanto, se deberia realizar inspeccion y mantenimiento peri6dico de los equipos electricos.

CAPiTULO 1 •

Uso Incorrecto Los equipos listados que no se instalan de acuerdo con las instrucciones del fabric ante para su uso deseado y para las condiciones bajo las cuales se van a usar pueden caUSal' incendios 0 lesionar al personaL EI uso de equipos listados para lugares secos, per
Descuido u Omision Aim lapsos momentaneos en la atenci6n al uso de los equipos pueden causar incendios. El no apagar los aparatos (ej. calentadores de ambiente) cuando ya no se necesitan, dejar caer objetos combllstibles dentro de los equipos, y colgar materiales combustibles sobre equipos en operaci6n (como ropa sobre una himpara) son todos ejemplos. Algunos estudios especiales nos dan informaci6n adicional a la Tabla 4.1.1, aunque no existen otras fuentes de estadisticas nacionales representativas de incendios. Estos estudios incluyen los tabulados anuales de incidentes de incendio y choque electricos de la Asociaci6n Intemacional de. Inspectores Electricos (IAEI) reportados a ellos y varios estudios en el campo realizados por la U.S. Consumer Product Safety Commission (CPSC). Estos estudios sustentan algunas observaciones cualitativas: • Muchos incendios de cables electricos involucran cables de comparados con cables de lamparas u otros artefactos. Esto indica que los cables de extension se usan demasiado como extensiones semipermanentes en los sistemas de cableado de los edificios. • Los inGenrlios aparatos· de p;rotecd6n contra sQbrecorriente parecen involucrar a los corta-circuidos con mas frecuencia que a los fusibles, ambos en relaci6n con el grade de uso de cada tip 0
CODIGOS Y NORMAS Todas las instalaciones eIectricas en EVA deberian estar hechas, usadas y mantenidas de acuerdo con las normas del NEC y otras de la National Fire Protection Association (NFPA) aplicables a situaciones especiales, por ejemplo NFPA 70E, Standard for Electrical Safety Requirements for Employee Workplaces

Equipos y artefactos e/ectricos

4-5

(Norma sobre Requisitos de Seguridad Electrica en los Lugares de Trabajo); l','FPA 79, Electrical Standard for Industrial Machinery (Norma EIectrica para Maquinaria Industrial); NFPA 75, Standard for the Protection of Electronic Computer/Data Processing Equipment (Norma para Protecci6n de Equipos de Computacion y Procesamiento de Datos); y NFPA 99, Standard for Health Care Facilities (Norma para Instalaciones de Cuidado de la SaJud). Tambien hay nonnas espeeiales para instalaciones electricas en embarcaciones maritiroas, aviones, en lugares peligrosos (c1asificados) y en otros lugares.

National ElectricarCode,NEC.. (ANSIINFPA 70) El NEC proporciona medidas practicas de seguridad para las personas y la propiedad contra riesgos presentados por eluso de electricidad. EI NEC se public6 por primera vez bajo su nombre actual en 1897. EI Comite Nacional para el C6digo Electrico los revisa cada tres anos.

National Electrical Safety Code (C6digo Nacional de Seguridad Eh§ctrica), (ANSI C2) Con el aumento del interes en la seguridad electrica en EVA, surgi6 la necesidad de un cOdigo que cubriese las practicas de las empresas de servicios publicos y otras para la instalaci6n y mantenimiento de !ineas suministro aereo y subterraneo de electricidad y de comunicaciones. Por consiguiente, en 1916 se complet6 la primera edici6n del National Electric Safety Code (NESC). Este c6digo es actualizado y publicado por el Institute ofElectrical and Electronics Engineers (IEEE).

C6digo Electrico Canadiense (Canadian Electrical Code) CSAlntemational (GSA) patrocina y publica el C6digoElectrico Canadiense (CEC). Este codigo establece los requisitos esenciales y normas minimas para la instalaci6n y mantenimiento de equipos electricos en Canada. Este puede ser adoptado e implementado por departamen.tos delllspecci6n electrica en Canada y fue preparado basad\J en el NECy NESC. Sus diferentes partes son el equivitienteca:t1adiense C1elNEC, elNESC y las normas de Underwriters Laboratories, Inc., (VL) en EVA. I

The National Electrical Code@ Handbook (Manual del C6digo Eh~ctrico Nacional) Aunque no es un c6digo 0 norma que tenga fuerza de ley, el National Electrical Code® Handbook es una fuente valiosa para implementar los requisitos del NEe. El Manual de NEC contiene el texto completo del complementado con comentarios, diagrarnas, ejemplos e ilustraciones con el fin de aclarar y explicar algunos de los requisitos confusos del NEC. EI Manual del NEC es publicado por la NFPA; una nueva edici6n se publica con cada nueva edici6n delNEC.

4-6

SECC10N 4 •

Prevenci6n de incendios

Fabricanies de Equipos Eh§ctricos Listados y Rotulados Hay publicaciones que detallan los nombres de compafiias que hacen artefactos y materiales electricos listados 0 rotulados por laboratorios de prueba reconocidos nacionalmente, como UL, Intertek Testing Services, y otros. Los aparatos y materiales en las categorias de productos listados han sido probados para uso real en el campo de acuerdo con el NEC y conotras nOTmas de seguridad del American National Standards Institute (ANSI). Las listas se publiean para poder obtener facilmente los nombres de fabric antes de. dispositivos que;cumplanJos . criterios de prueba. UL publica el Hazardous Location Et:juipmentDirectory (Directorio de Equipos para Lugares Peligrosos), el Electrical Appliance and Utilization Equipment Directory (Directorio de Artefactos Electricos y Equipos de Utilizaci6n) y el Electrical Construction Materials Directory (Directorio de Materiales Electricos de Construcci6n). UL tambien publica el Fire Resistance Directory (Directorio de Resistencia Electrica), que incluye varios metodos listados para proteger la penetracion de componentes de construe cion como paredes 0 pisos. Estos son publicados anualmente por el UL con suplementos semestrales. Ciertos tipos de equipos electricos estan cubiertos en otros directorios de lab oratorios de prueba tales como el Marine Product Directory (Director de Productos Maritimos). Hay secciones del NEC que influyen en el disefio y construcci6n de los equipos electricos. La mayoria de laboratorios de prueba tienen normas completas publicadas para la mayoria de accesorios, materiales y equipos electric os, incluyendo especificaciones para el desempefio en condiciones de prueba y en servicio real y detalles adicionales de disefio y construcci6n. Otros laboratorios de prueba en EUA y Canada que prueban equipos electricos incluyen Factory }.{utual Research Corporation (FMRC); US Testing; Applied Research Laboratories; Dash, Straus, and Goodhue; y CSA Algunos laboratorios estipulan el cumplimiento con el NEC en las pruehas de equipos. (Cuando no hay normas publicadas para equipos especiales, generalmente se puede concertar individualmente con laboratorios de prueba el ensayo :'in situ".)

den ser alimentados solamente por un servicio .. Cualldo se permite mas de un servicio, sin embargo, se requiere la instalaci6n de una placa 0 directorio permanente que describa todos los otros servicios al edificio y el area servida por cada uno en cada ramal de acometida 0 lateral de servicio 0 en el lugar de cada equipo de servicio. Esta placa 0 directorio deberia ser 10 suficientemente durable para resistir el ambiente circundante. Cuando se permiten servicios separados, como para bombas de incendio, sistemas electricos de emergencia 0 de suplencia estipulados por ley, 0 sistemas paralelos de produccion de energia, se permiten seis interruptores adicionales 0 cortacircuitos, ademascie lossej,s desconeftad()res se:ryicioIl9rIt!-alnlente.permitidos. El objeto de esto es que una interrupci6n del servicio principal del edificio no interfiera con la operaci6n del equipo de bombas contra incendio, sistemas electricos de suplencia para emergencia 0 legalmente requeridos, sistemas electricQs suplencia opcional 0 sistemas paralelos produccion de energia. Se requiere permiso especial para la instalaci6n de mas de un servicio. Las ampliaciones de edificios, centros comerciales o plantas industriales con frecuencia necesitan la adicion de uno o mas servicios nuevos. Puede, por ejemplo, ser impractico 0 imposible instalar un servicio para una planta industrial con requisitos de capacidad para compensar cualquier necesidad futura de carga. Tambien es impractico tender alimentadores para distancias extremadamente largas, debido a los altos costos y problemas de caida de voltaje. Se permite mas de un servicio para diferentes caracteristicas, como voltajes, frecuencias, servicios monofasicos 0 cos, 0 diferentes cuadros de tarifas de servicios. Por ejemplo, existen diferentes caracteristicas de servicio entre un servicio monofasico 120/240 V de tres hil08 y el servicio trifasico de cuatro hilos 480Y/277 V. Para diferentes tarifas, se permite un segundo servicio que alimente un segundo contador para equipos especfficos, como un calentador de agua electrico.

DISENO YPROTECCION DE CABLEADOS DEEDIFICIOS Esta seccion contiene informacion sobre diferentes tipos de cableados de edificios y equiposelectricos, incluyendo tableros de cortacircuitos y proteccion contra sobretension; tipos de conductores electlicos; identificaci6n de conductores, terminales, etc.; como calcular cargas; y temas similares. ,-d.M-,~

Entrada de Servicio El buen uso requiere que los conductores de entrada de servicios cumplan en todos los aspectos con los requisitos detallados del Articulo 230 del NEC. La Figura 4.1.1 muestra configuraciones tipicas de conductores de entrada de servicios. La estipulacion basica es que un edificio u otra estructura pue-

(a)

FIGURA 4.1.1 (a) Dos conjuntos de conductores de entrada de servjcios colocados desde un ramal de acometida, con contadores montados en el exterior del edific;o; (b) Conjunto de conductos de entrada de servicio principal conectados ramal de acometida y lIevados a traves de uncanal y por cuatro juegos de conductores de entrada de servicio secunda rio hacia cada equipo de servicio, con contadores montados fuera del edfficio.

CAPiTULO 1 •

Los conductores subtemineos paralelos, de 110 AWG 0 mayores que estan conectados juntos en su terminal de suministro yen su terminal de carga se consideran como un lateral de servicio. Se permite que estos conductores alimenten hasta seis medios de desconexi6n de servieio instalados en grupo en un sitio, como 10 requiere la Secci6n 230.71(A) delNEC. Todos los conductores de alimentadores y circuitos derivados deben estar separados de losconductores de servicio. Los conductores de servicio no estan equipados con protecci6n de sobrecorriente donde reciben el suministro; estin protegidos contra condiciones de sobrecarga en BU terminal de carga por los fusjble~~dS). desc.onexi6xtde senjciQ.iU~QrJ:aci(cuitQs, .La cantidad de corriente que podria imponerse a los conductores de circuitos derivados 0 de alimentaci6n, si estuviesen en el mismo canal y ocurre algful dafio, seria mucho mayor que el amperaje del alimentador 0 los conductores de circuitos derivados. El NEC requiere que se provean medios de desconexi6n para todos los conductores en el edificio desde los conductores de entrada de servicio. E1 fin es permitir la desconexi6n de todos los conductores del servicio en ese lugar con no mas de seis operaciones de la mano (Figura 4.1.2). Este requisito aplica a todos los medios de desconexion de servicio localizados, 0 agrupados en un 1ugar y cada desconexion debe estar marcada para indicar la carga que sirve. Esto no inc1uye los medios de desconexion de servicio para bombas de incendios, serviciossup1entes requeridos por ley, 0 servicios sup1entes opcionales, los cuales el NEC reconoce como servicios separados para fines especificos. Estos deben estar suficientemente alejados de los medios uno a seis de desconexion de servicio para el servicio normal, para reducir almfnimo la posibilidad de interrupci6n simultinea de suministro al edificio 0 estructura. Los medios de desconexi6n pueden estar fuera 0 dentro del edificio que se sirve y en un lugar de mcil acceso 10 mas cerea posible del punto de entrada de los conductores de entrada de servicio. No puede ser en un cuarto de baiio. Se puede usar un dispositivo de control remoto para .accionar los medios de desconexi6n del servicio, si el control esta en un lugarde fftcil acceso. Los conduetores de entrada 'serviciodeben ser de tamafio suficiente para llevar lacargacalciiraaa...... No se especifica distancia maxima desde el punto de entrada de los eonductores de servicio hastael:\lledio de desconexi on del servicio. La autoridad que irnplementa el NEe es responsable y esta a cargo dedecidir1adistancia maxima permitida dentro del edifieio que se permite a los conductores de entrada de servicio recorrer antes de llegar al medio de desconexi6n principal. La longitud de los conductores de entrada deservicio deberia mantenerse al minimo dentro de edificios, ya que los servicios de energia proveen una protecci6n de sobrecarga limitada y, en el caso de una "falIa", los conductores de servicio podrfan incendiar materiales combustibles cercanos. Algunas jurisdiceiones locales tienen decretos que permiten que los conductores de entrada de servicio vayan dentro del edificio hasta una distancia especificada para terminar en el medio de desconexi6n. La autoridad competente (AHJ) podrfa permitir que los conductores de entrada de servicio pasen cerca de tanques de almacenamiento de combustibles 0 contadores de gas para que el medio de desconexion del servicio pueda estar localizado en un lugar

Equlpos y artefactos electricos

4-7

Dispositivos de descanexi6n mutliple y protecclon de sabrecarga usados comoequipo de servicia

Alimenladores a cargas especfficas 0 tableros de distribuci6n Un ejemplo: Hacia los tableros de central de carga en edificio de apartamentos

FIGUBA4.:l.2 ....Distribuciontipica.cJ.e.medioscJe cJesconexion

multiples

de faci] acceso. Sin embargo, si la autoridad considera que la distancia es excesiva, podria requerirse localizar el medio de desconexi6n fuera del edificio 0 cerca del edificio en un lugar de facit aceeso que no este necesariamente muy cerea del punto de entrada de los conductores. Se permite un conjunto de conductores de entrada de servieio ya sea aereo 0 subterraneo para alimentar de dos a seis medios de deseonexi6n de servicio en lugar de un solo desconectador principal. Los edificios de ocupaci6n multiple (residencial y otras) se pueden equipar con una desconexi6n principal 0 hasta seis por cada conjunto de conductores de entrada de servicio. Los edificios de ocupaci6n multiple tambien pueden tener conductores de entrada de servicio tendidos hasta cada ocupacion, y cada conjunto con uno a seis desconectadores. Cuando los conductores de entrada de servicio estan canalizados fuera del edifieio, no se permite que cada conjunto de conductotes tenga mas de seis medios de desconexi6n en cada ocupacion del edificio de ocupaci6n multiple. Se considera que los conductores estan fuera del edificio cuando estan instalados bajono menos de 50 rom (2 pulg.) de concreto debajo deledificio 0 en un canal embutido en 50 mm (2 pulg.) de concreto o 1adrillo dentro del edificio. Tambien se consideran comofuera del edificio cuando se instalan en una camara para transformador (Figura 4.1.3). Los condudores de entrada de servieio,aereos 0 subterraneos, son los conductores de alimentaci6nentre el punto de conexion al canal de acometida 0 lateral de servicio y el equipo de servieio. :81 equipo de servicio tiene por objeto constituir el medio principal de control y desconexion del surninistro de energfa al sistema de ca~leado de las instalaeiones. En este punto, se requiere la instalaci6n de un dispositivo de sobrecorriente que es generalmente un cortacircuitos 0 un conjunto de fusibles instal ados en serie con cada conductor de servicio no puesto a tierra. El dispositivo de sobrecorriente de servicio no protege los conductores de servicio en condiciones de corto circuito 0 falIa de tierra en ellado de la linea del desconectador. Los requisitos especiales aplkables a la localizaci6n y protecci6n fisica de los conductores de servicio proveen cierto grade de protecci6n en condiciones de sobrecorriente La Figura 4.1.4 muestra el cableado y cornponentes de un

---~

....

----~

4-8

SECCION

4.

Prevenci6n de incendios

Edificio de ocupaci6n multiple

Losa de concreto

Canales de acometida de propiedad de la empresa de selVicios

Conductores de selVicio

Ladrillo SelVicio de bomba de (ncendio

FIGURA 4.1.3 Conductores instalados bajo concreto debajo de un edificio 0 en un canal de concreto 0 /adrillo dentro de un edificio

circuito de bombas de incendios disefiados para cumplir con el NEC y la NFPA 20, Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection (Nonna para la Instalacion de Bombas Estacionarias de Proteccion contra Incendios). Notese que la acometida protege los conductores contra la entrada de agua y que el punto de conexion de los conductores de entrada de servicio esta por debajo del nivel de la acometida. El motor de la bomba representada es de 100- hp, 460-V, trifasico, de inducci6n tipo jaula de ardilla y su cortiente de carga total, tomada de la Tabla NEC 430-150, es 124 A. Los conductores de semcio, conductores de alimentador, y conductores de circuitos derivados estan dirnensionados para 125 por ciento de la clasificacion de carga total del motor (124 A a 125 por ciento 155 A). De acuerdo a la TablaNEC 310.16, el diametro apropiado del alambre de cobre para 155 A es un conductor XHHW de 2/0 AWG, con una ampicidad pennitida de 175 por 10 tanto, todos los conductores estarian dimensionados para cobre XHHW de no menos de 2/0 AWG. Cuando la caida de voltaje en el regulador en condiciones de arranque es mayor a 15 por ciento, se necesitan conductores con una ampicidad mayor a 155 A. La cortiente de rotor bloqueado de los motores en 1a instalacion de 1a Figura 4.1.4 es 725 A, extrafda de la Tabla NEC 430.151(B). La proteccion del suministro de energia puede ser de fusibles 0 cortacircuitos .dimensionados para transportar la corriente de rotor bloqueado. En ambos casos, 1a c1asificaci6n de amperios estandar para fusibles 0 cortacircuitos es de 800 A. La mayona de bombas de incendio c1asificadas para 100-hp 0 mas requeririan un medio de desconexion c1asificado para 1000 A 0 mas. Sin embargo, debido a la naturaleza de emergencia de su uso, las bombas de incendioestan exentas de las siguientes estipulaciones para fallas de conexion a tierra. No se debe confundir la protecci6n de los equipos contra falla de conexion a tierra (GFP) con la proteccion de interruptor de circuito de falla de conexion a tierra para el personal (GFCI). La proteccion de los equipos contra faHa de conexi6n a tierra en servicios clasificados a 1000 A 0 mas, operando a 480Y1277 V, se estipu16 por primera vez en elNEC de 1971debido al nfunero poco comtin de incendios reportados para este tipo de servicio. La cortiente alterna, debido a sus caracteristicas de onda sinu-

[

Separados entre sf para minimizar el dafiopor , incendios en el selVicio principal.

Canales de acometida de propiedad de la empresa de selVicios

FIGURA 4.1;4 Metodos de conexi6n de conductores decanaJes de acometida de propiedad de la empresa de servicios publicos a los conductoresde entrada de servicio que alimentan los servicios del edificio y las bombas de incendio

soidal, puede ser una fuente pe1igrosa de ignicion que puede encender combustibles e iniciar un incendio. Cuando el voltaje es superior a 250 V a tierra, aunque 1a onda sinusoidal de voltaje se reduzca acero, el voltaje puede causar un nuevo golpe del arco, provocando la continuaci6n del incendio en el1ugar de la faHa de conexi6n a tierra. La proteccion contra falIa de conexion a tierra de los servicios no protege los conductores en el lado de suministro del medio de desconexi6n de servicio, pero esta disenada para dar proteccion contra las fallas de Hnea a tierra que ocurran en el lado de carga del medio de desconexi6n de servicio. Una altemativa a la instalacion de proteccion contra falla de conexion

CAPiTULO 1 •

a tierra puede ser la provision de desconectadores multiples clasificados a menos de 1OOOA-Por ejemplo, se pueden usar hasta seis medios dedesconexion de 800 A, y, en este caso, no se requeriria proteccion contra fallas de conexion a tierra. La segunda no ta al pie (FNP) en la Seed on 230,95(C) del NEC reconoce que seria deseable proteccion contra faHas de conexion a tierra a amperajes menores en sistemas puestos a tierra solidamente para voltajes mayores de 150 V a tierra, pero no mayores de 600 V de fase a fase. EI aj1Jste maximo para sensores de faHa de conexi6n a tiesin embargo, no hay un minimo, y deberia anorra es 1200 tar:?~.ql1e.l2s~il!stes a niv~11ibilidad dedisparos molestos. Los requisitos del NEC colocan restricdones en corrientes de faHa mayores de 3000 A Y limitan la duraci6n de la faHa a no mas de 1 segundo. Esto reduce al minimo Ia cantidad de dano hecho por una falia de areo de tierra, que es direetamente proporeional al tiempo que se permite arder. Cuando se hace interconexi6n entre sistemas de alimentacion multiple 0 multiples edificios, se deberia tener cui dado de asegurarse que la interconexi6n de diferentes sistemas 0 edifidos no niegue la detecci6n adeeuada de faHas de tierra por el equipo de proteccion contra fallas de conexi6n a tierra. Se deberia hacer un estudio cuidadoso de ingenieria para asegurar que las corrientes de faHa no tomen rutas paralelas de vuelta al sistema de alimentaci6n, sobrepasando el dispositivo de detecci6n de falla de conexion a tierra.

Proteccion Fisica Los conductores subterraneos de servicio deben estar protegidos contra dafio fisico (Figura 4.1.5). Las Tablas 4.1.3 y 4.1.4 dan los requisitos minimos de cobertura para instalaciones subterraneas. (Cobertura se define como la distancia mas corta en milfmetros medida entre un punto sobre la superficie de cualquier conductor directo, cable, eonducto u otro canal enterrado y la superficie superior del nivel terminado, concreto 0 cubierta similar.) Para circuitos de mas de 600 V, hay variaciones en profundidad de enterramiento que se muestran en la Tabla 4.1.4, en ciertas circunstancias. Por ejemplo, la profundidad de enterramiento bajo areas sometidas a trafico vehicular es de 600 mm (24 pulg.). Bajo pistas de aeropuerto y areas vecinas, la profundi dad de soterramiento debe ser minimo 450 mm (18 pulg.). Se permiten profundidades de soterramiento menores donde es necesario el acceso, 0 donde estan localizados puntos de terminacion 0 empalme.

4-9

a los equipos electr6nicos de estado solido, ya que estos equipos son muy sensibles a sobretensionesde voltaje sorpresivas. Cada entrada de una antena exterior a un aparato de radio 0 television 0 a una estaci6n de transmisi6n de radio-aficionados necesita protecci6n contra rayos. Deberia instalarse unidades de descarga de antenas para proveer proteccion contra rayos para el equipo. Tambien seria deseable protecci6n adicional contra sobrepresiones sorpresivas de las lineas 0 de equipos de comunicaci6n conectados.

Requisitos para Conexion a Tierra .Cableado de EdUicios Pueden darse voltajes peligrosos por rayos, contacto accidental entre conductores de bajo voltaje y un sistema primario de alto voltaje, dano del aislamiento en transformadores, fugas a la superficie debido a suciedad 0 humedad, 0 por un alambre que se suelta de su conexion, en sistemas de distribuci6n electrica y equipos, que constituyen riesgo de incendio y riesgos de lesi6n (choque electrico) para las personas. Conectar a tierra un conductor del sistema eI6ctrico y despues conectar a tierra todas las partes metalicas de la instalaci6n e16ctrica expuestas que no llevan eorriente que puedan entrar en contacto accidentalmente con un conductor subterraneo de circuito asegura que se provea una ruta de baja resistencia para que la corriente de falIa active el fusible 0 cortacircuitos. La corriente de falIa encuentra un camino a traves del conductor de conexi6n a tierra del equipo y puede causar la operacion de un dispositivo de sobrepresion (fusible 0 cortacircuitos) en el conductor del circuito no puesto a tierra, eliminando asi la condicion de peJigro. La impedancia de la rota de faHa debe ser sufidentemente baja para perrnitir que un flujo suficiente de corriente ponga rapida-

Manga protectora - -...... ,H<-+--- Conducto (tubo) para proteger los conductores .

-----T----

Pararrayos y Oescargadores de Sobretensiones- Cableado de Edificios No se requieren paralTayos y descargadores de sobretensiones pero pueden usarse, especialmente cuando los edificios estan alimentados por un servicio aereo y cuando hay prevalencia de tormentas en el area. (Ver NFPA 780, Standardfor the Installation of Lightning Protection Systems (Norma para la Instalaci6n de Sistemas de Protecci6n contra Rayos). Se requiere instalar descargadores de sobretensiones en serviciose16ctricos y de te16fonos y en las entradas de antenas de radio y televisi6n. La instalaci6n de estos aparatos sirve para reducir al minimo el dano

Equipos y artefactos electricos

Mura minima de 2.4 m (8 pies) requerida del conducto //7Pr

/~r~

152 mm (6 pulg.) minimO// /,.bajo tierra"/

/

~-/

FIGURA 4.1.5 Dos configuraciones diferentes permitidas para conectar los canales de acometida de propiedad de la empresa de servicios electricos

4-10

SECCION 4 •

TABLA 4.1.3

Prevencibn de incendios

Requisitos minimos de cubierta, 0

a 600 V, nominal, soterramiento en pulgadas (Milimetros)

del metodo de aJambrado 0 circuito

Localizaci6n del metodo de alambrado o circuito

Todos los lugares no especificados abajo En zanja bajo concreto de 50 mm (2 pulg) de espesoro equivalente Bajo un edificio

-.--

Bajo una losa exterior de concreto de 102 mm (4 pulg.) minimo de espesor sin tnilfico vehicular y conlalosa prolongada no menor de 152 mm (6 pulg.) mas alia de la instalaci6n subterranea Bajo calles, autopistas, caminos, callejones, caminosde acceso y estaciona'-mientos Entradas de acceso a residencias de una y dos familias y estacionamientos exteriores, yusadas solo para fines relacionados conla vivienda En 0 bajo pistas de aeropuertos, incluyendo areas adyacentes donde este prohibida la entrada

Columna 1 .sotermdo directo de -cables 0 conductores

Columna 2 conducto de metal rigido 0 - conducto·de metal intermedio

Columna 3 canales no metaJicos Jistados para soterrado directo sin embalaje de concreto u otros canales aprobados

Columna 4 circuitos derivados residenciales .clasificados.a 120 voltios 0 menos con protecci6n GFCI y protecci6n de sobretenci6n max. de 20 amperios

Columna 5 circuitos para control de irrigaci6n de paisaje limitadosa no mas de 30 voltios e instal ados con cable 0 canal tipo U F U otfOS ldentificados

pulg.

mm

pulg.

mm

pulg.

mm

pulg.

mm

24

600

6

150

18

450

12

300

6

150

18

450

6

150

12

300

6

50

6

50

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

(en el canal solo)

18

450

(en el canal solo)

4

100

4

100

150

6

(soterram. directo)

100

4

(en el canal)

pulg.

mm

(en el canal solo)

6

150

(soterram. directo)

4

100

(en el canal)

24

600

24

600

24

600

24

600

24

500

18

450

18

450

18

450

12

300

18

450

18

450

18

450

18

450

18

450

18

450

I

Notas: 1. Tuberlas aprobadas para enterramiento solamente donde esten revestidas en concreto requieren recubrimiento no menos de 50 mm (2 pulg.) de espesor de concreto. 2. Se permiten profundidades menores cuando cables y conductores se elevan para terminaciones 0 empalmes 0 cuando se requiere acceso. 3. Cuando se usa uno de los tipos de metodos de cableado llstados en las columnas J·-3 para uno de los tipos de circuitos en columnas 4 y 5, se permite enterrar los cables a menor profundidad 4. Cuando se encuentra roca s6lida, todo el cableado debe ser instal ado en tuiberfa metalica 0 no metalico para enterramiento directo. Las tuberias deberan estar cUbiertas por 50 mm (2 pulg.) minima de concreto hasta la roca. Fuente: NFPA 70-2002, National Electrical Code(f;y'

CAPiTULO 1 •

Equipos y artefactos electricos

4-11

TABLA 4.1.4 Mas de 600 V, requ/sitos min/mos de cub/erta

(1 ) Voltaje de

(2) Cables diree· tos enterrados pulg.

Mas de 600 V hasta 22 kV Mas de22 kV hasta 40 kV Masde40kV

mm

(3) Condueto rigido no metalieo aprobado para soterram. directo y no un edificio"

(5) Todos los sitios no espeeificados de otra manera

(6) Bajo un edificio (Inc!. eondueto rigido no metalieo 0 aprobado para soter

(7) Bajo losa ext. de concreto de espeso minimo de 102 mm (4 pulg.) sin trafieo vehieulary losa prolong ada de no menos de 142 mm (6 pulg.) mas alia dela instalaeion subterrEmea (inc!. conducto rigido no metalieo

pulg.

mm

pulg.

mm

pulg.

mm

pulg.

mm

(8) Bajo calles, autopistas, earreteras, eallejones y estaeionamientos

(9) En 0 bajo pistas de aeropuero inc!. areas adyaeentes donde esta prohibida la entrada

pulg.

mm

pulg.

mm

30

750

18

450

6

150

0

0

0

0

24

600

18

450

36

900

24

600

6

150

0

0

0

0

24

600

18

450

42

1000

30

750

6

150

0

0

0

0

24

600

18

450

aUstado por agenda de pruebas calificada como adecuado para enterramiento directo sin encajonamiento. Todos los otros sistemas no metalicos requieren 50 mm (2 pulg.) de concreto 0 equivalentesobreel conducto adem as de la profundidad anterior. Fuente: NFPA 70-2002, National Electrical Code!/!!.

mente. en operacion el dispositivo de sobrecorriente. Los encerramientos de metal de conductores (blindajes de metal para cables, canales de metal, cajas, gabinetes y accesorios) deben sex conectados a tierra. (EIArticulo 250 del contiene los requisitos generales para conectar instalaciones electricas a tierra). EI NECtambien requiereconexi6n a tierra de partes metalicas expuestas de equipos no portadores de corriente que podrian energizarse, cuando el equipo es operado por personas paradas sobre el suelo 0 sobre superficies metilicas, 0 cuando es operado a mas de 150 Va tierra. En algunos casos, los soportes metilicos de artefactos calentados e16ctricamente tambien deberian estar conectados a tierra. EI NEC tambien especifica la conexion a tierra de artefactos de cable y enchufe. Estos artefactos inc1uyen refrigeradores, congeladores, acondicionadores de airc, lavadoras y secadoras de ropa, lavaplatos, bombas colectoras, equipos eIectricos para acuarios, y herramientas portatiies manuales operadas por motor, por ejemplo podadoras de arbustos, cortadoras de cesped, quitanieves y fregadoras humedas. Los artefactos pueden estar exentos de cone-

xi6n a tierra si se provee protecci6n equivalente por medio de aislamiento dohle. Si existen en las instalaciones de cada edificio 0 estructura servida, todos los items de las Secciones 250.52(A)(l) hasta (A)(6) del NEC deben estar empalmados para formar un sistema de electrodo de puesta a tierra. Cuando no hay ninguno de estos electrodos, se deb en usarll1lO 0 mas electrodos especificados en la Seccion 250.52(A)(4) a (A)(7) deiNEC. Puede usarse como electro do para conexi6n a tierra un tuba metalico para agua de por 10 menos 3,0 m (to pies) encontacto directo con la tierra (incluyendo una caja metilica unida adecuadamente al tubo). Nose permite usar tuberias interiores para agua de metal de mas de 1,5 m (5 pies) desde el punto de entrada al edificio como parte del sistema de electrodos de puesta a tierra 0 como conductor para interconectar electrodos que sean parte del sistema de electrodos de puesta a tierra. Sin embargo, el electrodos de puesta a tierra de tuberia subterranea de metal para agua se debe completar con un electro do adicional de tipo especificado en la Secdon 250.52(A)(2) hasta (A)(7) del

4-12 SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

NEC, en caso de que la tuberia metitlica para agua se cambie por

una no metalica, manteniendo asi la integridad del sistema de electrodos de puesta a tierra. Los electrodos permitidos para conexi6n a tierra se encuentran en el NEC, Secci6n 250.52(A), y estos son: (1) tuberia metitlica subteminea para agua, (2) estructura metalica del edificio, (3) electrodo revestido en concreto, (4) anillo de conexion a tierra, (5) electrodo de variHa y tubo, (6) electro do de placa, y (7) otros sistemas 0 estructuras locales subtemmeas de metal. Un ejemplo del electro do para ronexi6n a tierra se muestra en la Figura 4.1.6. La tuberfa deberia inspeccionarse para verificar que no haya uniones de aislamiento interpuestas que podrian aislarla de la tierra. Se deben proveer puentes de uni6n efectivos alrededor de todas las uniones y secciones aisladas y alrededor de todos los equipos que posiblemente se deban desconectar para reparaciones 0 cambios. La Figura 4.1.6 muestra un conductor neutro de sistema electrico conectado a tierra por medio de una conexi6n a un tubo metalico para agua y complementado con una varilla de tierra enterrada. Se permite conectar a tierra las partes metalicas del equipo de servicio por empalme al conductor neutro (puesto a tierra). El gabinete de servicio esta unido al conductor neUtrO puesto a tierra en el punto "B". Esta conexi6n normalmente es una abrazadera desmontable 0 tornillo de color verde. El canal de servicio (conducto) esta puesLO a tierra a traves dcl metal del tablero de cortacircuitos. Como el equipo de servicio no esta protegido por un dispositivo de sobrecorriente, uno de los metodos empleados para asegurar su continuidad eJectrica es un puente de uni6n; esta conexi6n electrica se indica en "A". La caja del medidor en ellado de la lfnea del equipo dc servicio generalmente se pone a tierra por medio del terminal neutro que se une directamente a la caja del medidor y se requeriria donde se usa el cable de entrada de servicio. La porci6n superior del canal de servicio 0 cable se pone a tierra por medio de conexi ones roscadas a la caja del medidor donde se usa conducto de metal 0 tuberfa metalica electrica. El conducto entre el contador y el tablcro de cortacircuitos puede ponerse a tierra uniendolo ala caja del medidor 0 a1 tablero de cortacircuitos. EI conductor de conexi6n a tierra del equipo del circuito derivado se conecta a tierra por medio del bloque de tenninales de conexion a tierra dcl equipo, que esta puesto a tierra en el punto "C". Esta conexi6ngeneralmente es el tornillo de soporte para este bloque de terminales. La conexi6n de puesta a tierra que se muestra es un sistema de tuberiasubterranea de agua. La conexi6n deberia ser como 10 requiere el NEe.

Protecci6n de Tableros de Cortacircuitos

y Sobrecorriente - Cableados de Edificios y Equipos Tableros de Cortacircuitos. El tablero de cortacircuitos consiste en un conjunto que puede incluir interruptores, fusibles .0 cortacircuitos montados sobre barms colectoras, cuya funcion es el control y proteccion de circuitos de alumbrado, ca1efacci6n o circuitos de fuerza. Las barras colectoras estan montadas en un gabinete 0 caja interruptora, que puede colocarse dentro 0 sobre una pared y es accesible solamente por el frente.

AJ 111

Canalde~

servicio ~

Contador Canal de_______ servicio Cortacircujtos principal Caja de conduclo de servjcio "LB"

i i

Bloque terminal neutro (aislado _ electricamente del cerramiento excepto en "8")

.A>. ,"""-. "t,.,

-""".

Cable con vajna no metalica / Conductores de circuito derivado _ Cond uctor de -'r---., conexi6n a tierra C del equipo o • Bloque terminal . ""W';-'_ .""".YJI.j 1....;._ de la conexi6n a Tuberia de agua tierra del eqUipO

Electrodo auxiliar adicional

JA./

6

~o

f

FIGURA 4.1.6 Puesta a tierra de un servicio pequeiio tfpico lac, monofasico, 3 hilos ('2%40 v)]

El NEC no permite que el tablero de cortacircuitos del circuito derivado de iluminacion y artefactos tenga mas de 42 dispositivos de sobrecorriente instalados en un gabinete 0 caja interruptora. No esta perrnitido que los tableros de control de alumbrado y artefactos tengan mas de dos cortacircuitos principales 0 dos juegos principales de fusib les para proteger las barms colectoras en un tablero de cortacircuitos de iluminacion y circuito derivado (Figuras 4.1.7 y 4.1.8). Las Figuras 4.1.9 y 4.1.1 0 muestran excepciones a la regIa general para protecci6n de tableros de control. La distribuci6n que muestra la Figura 4.1.10 es aceptable solamente para el servicio a una ocupacion residencial individual eXlstcnte donde el tablero de cortacircuitos fue instalado antes de la aplicaci6n de los requisitos del NEC 1981. Los tableros de control instalados en lugares hUmedos necesitan gabinetes a prueba de intemperie y estar montados de manera que haya por 10 meno~ un espacio de aire de 6 mm (1/4 pulg.) entre el gabinete y la pared u otra superficie de soporte. Cuando estan en atmosferas corrosivas, los equipos deben ser adecuados para las condiciones. Los requisitos especiales en el Capitulo 5 del NEC regulan la instalacion de tableros de control en lugares peligrosos (clasificados). Proteccion contra Sobrecorriente. Los conductores estan provistos de proteecion de sobrecorriente para abrir el circuito, si la corriente es mayor que el valor que hace que la temperatura del conductor exceda la temperatura de su aislamiento. El equipo tambien necesita proteccion contra sobrecorriente para minimizar los efectos de una falla electrica dentro del equipo, redu-

Equipos y artefactos electricos

CAPiTULO 1 •

Alimentador

4-13

r---.._ _ _r---..Alimentadof r---.._ _ _r---.._ ------, _r--.._ _r---..'--I--__• + _r--.___r--. N I •••••• • I eo .- I

G I •••••

Dispositivo de 125 Aen tablero de distribuci6n de cortacircuitos • ,.

~T'-,.,O"~

__

Tablero de cortacircuitos de 125A

r--. _r---.. r---..

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•

,

Alimentador

:2 Conductores principales de

","."

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FIGURA 4.1:9 No se requieren conductores principales, podrfa no requerirse bloque de terminales de puesta a tierra, dependiendo del sistema de cableado usado.

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FIGURA 4.1.7 Un conductor principal suministrado (se permiten dos), podrfa no requerirse bloque de terminales, dependiendo del cableado que se use,

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N

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J' c::::J c::::J G

N

FIGURA 4.1.10 Un cortacircuitos de seNicio en la secci6n superior sirve como conductor principal para las barras colectoras de la secci6n inferior que alimentan los circuitas derivados.

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r---.. r---.. r---.. r---..

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..

.

·......... . . .... -• •••• ...

FIGURA 4.1.8 Se requieren dos conductores principales podrfa no requerirse bloque de terminales, dependiendo del sistema de cableado utilizado.

ciendo as] la cantidad de forrnaci6n de arcos y eyecci6n de metal caliente. Ninguna caracteristica de una instalaci6n electrica merece atenci6n y supervision tan cuidadosas como esta. Generalmente, los dispositivos de sobrecorriente deben estar c1asificados 0 ajustados de acuerdo con las tab las de amperaje de los conductores. Estos deben instalarse en cada conductor no puesto a tierra de todos los circuitos y alimentadores, en el punto donde el conductor a proteger recibe su suministro. Los cables

4-14 SECCION 4 •

Prevencion de incendios

de los componentes, cordones, tomas,circuitos de motores, circuitos de control remoto Y clrcuitosde seftal de protecCi6n contra incendios estan cubiertos en los Articulos 240, 430, 725 Y 760 delNEC.

Dispositivos de Protecci6n contra Sobrecorriente Los dispositivos de proteccion contra sobrecorriente mas comunmente usados para alimentadores, circuitos y equipos son los fusibles y cortacircuitos. (Se usan reguladores de sobrecorriente y subtension, etc., en sistemas de alto voltaje 0 corrientes elevadas.) Los detectores de sobrecarga termica de motores no se consideran protecci6n de sobrecorriente pera se usan de la misma manera. Fusibles de Tap6n. Hay dos tipos basicos de fusibles de tapon: (1) el tipo comun de casquillo roscado (Edison base) y (2) el Tipo S. Cualquiera de estos puede tenertemporizacion. Un portafusible de casquillo roscado (Edison base) recibe un fusible de casquillo roscado de cualquier tamafio hasta la clasificacion maxima 30A. Se permiten fusibles de tap6n de casquillo roscado solamente para reemplazos en instalaciones existentes donde no hayevidencia de manipulaci6n indebida. El fusible Tipo S esm disefiado para minimizar el sabotaje o manipulacion indebida 0 "puenteo". Existenadaptadores que calzan los portafusibles Edison-base y que, una vez instalados correctamente, no se puedenextraer sin dafiar el portafusible. Los adaptadores esmn disefiados para impedir el uso de fusibles Edison-base en el portafusible e irnpedirel uso de un fusible Tipo S de clasificaci6n mayor en un .adaptador disenado para una clasificaci6n menor. Tambien impiden el uso de monedas de centimo y otros ardides comunes en derivaciones. Fusibles de Tap6n Temporizados. Los fusibles temporizados, ya sean Tipo S 0 de casquillo roscado, permiten incrementos subitos de energia de corta duraci6n, como las corrientes de arranque de motores; sin interrupcion del circuito. Estos incrementos momentaneos son inocuos a menosqtie se repitan varias veces a intervalos cortos. Estohace posible usar fusibles Tipo S suficientemente pequeno:; para dar mejor proteccion que los de tipo no temporizado. En caso de un corfocircuito 0 una falia de alta corriente, sin embargo, los temporizados funcionaran y abriritn el circuito tan rapidamente 0 mas nlpidoque los de tipo no temporizado. En las Figuras 4.1.11, 4.1.12 Y4.1.13 se muestran algunos fusibles de tap6n representativos. Los fusibles temporizados que se muestran en la Figura 4.1.13 son aceptables pero no esta estipulado por el NEe. Estos fusibles fueron disefiados para minimizar Ia manipulaci6n indebida, sabotaje 0 "puenteo". El NEe especifica que no deben usarse portafusibles para fusibles de tap6nde 30 A 0 menos a menos que esten disefiados para aceptar un fusible Tipo S 0 para aceptar un fusible Tipo S por medio de un adaptador. Fusibles de Cartucho. Los fusibles de cartucho son de tipo tanto temporizado como no temporizados. Tarnbien son de tipo de una sola acci6n y de conexi6n renovable. Cuando se abre un fusible de una sola acci6n, se debe cambiar el fusible completo.

Pero cuando se abre un fusible de conexi6n renovable, se puede !:arnbiar la conexlon dentrodel mismo cartucho a menos que el cartucho tambien se haya daiiado. Los fusibles de conexion renovable tienen dos desventajas: (l) las conexiones se pueden duplicar, triplicar, etc., anulando asi su objeto y utilidad, Y(2) las conexiones, al carnbiarse, pueden quedar con conexiones sueltas. En las Figuras 4.1.14 y 4.1.15 se ven varios fusibles de cartucho tipicos. Cortacircuitos. Hay dos tipos basicos de cortacircuitos: (1) de desconexi6n ajustable y (2) desconexi6n no ajustable. Los de desconexi6n ajustable pueqen ser de tipo operacion al aire 0 en baiio de aceite. El punto de desconexion esajustable en un rango de minimo a maximo. Este tipo generalmente se usa solo en grandes instalaciones conoperadores y personal de mantenimiento calificados. Estan disefiados para desconectarse cuando la corriente alcanza el ajuste detenmnado. EI tipo de desconexi6n no ajustable viene en una caja pre-formada 10 que hace muy dificil 0 imposiblede cam.biar su clasificaci6n. Un cortacircuitos de caja precformada puede serde tipo termico-magnetico de tiempo inverso 0 tipo magnetico de tiempo inverso solarnente. Los cortacircuitos termico-magneticos de tiempo inverso consisten en dos elementos: (1) un elemento disyuntor electro-magnetico que se desconecta rapidamente en una falla de corriente y (2) yelemento disyuntor bimemlico con temporizador. Los cortacircuitos de caja pre-formada estan disenados de manera que la corriente tiene que exceder la c1asificacion (como sucede con todos los tipos de fusibles) antes de desconectarse. Amenos que sea de tipode compensaci6n termica, las temperaturas arnbientales altas pueden reducir la corriente requerida para desco-

FIGURA 4.1.11 Fusible de casquillo de rosca (edison base) tfpico, no renovable, de un -solo elemento (Fuente: Cooper Bussman)

FIGURA 4.1.12 Fusible de casquillo de rosca (edison-base) no renovabJe, de doble elemento (Fuente: Cooper-Bussman)

CAP ITULO 1 •

Equipos y artefactoseli!Jctrieos

4-15

(a)

FIGURA 4.1.13 Fusible no renovable tipo S (Fuente: Cooper Bussman)

nectar el cortacircuito (0 fusible). La Figura 4.1.16 muestra un cortacircuito no ajustable tipico.

Dispositivos Termicos. Estos no son para proteccion contra cortocircuitos, sino solamente para proteccion de corrientes de sobrecarga de magnitud relativamente menor a menos que esten disefiados de otra manera. Un ejemplo es la proteccion de sobrecarga para un motor donde la proteccion contra cortocircuitos y fallas de conexion a tierra esm provista por los fusibles de circuito derivado 0 cortacircuitosy la proteccion de sobrecarga de marcha del motor esta pro vista por el rele termico. Otro dispositivo termico es el tipo usado en luminarias empotradas (instalaciones de lamparas), que abren temporaimente el circuito cuando la luminaria (lampara) sobrepasa una temperatura determinada. Para los requisitos detallados para motores y otros equipos, ver Artfculos 410 y 430 del NEe. Dispositivos de Proteccion por Sobrecorriente Limitadores de Corriente. Estos dispositivos se proveen en algunas instaladones donde corriente elevada (mas de 10 000 A) en condiciones de cortocircuito. Estan disenados de manera que, cuando interrumpen una corriente especificada, limitan consistentemente la. corriente del cortocircuito en ese circuito a una magnitud substancialrnente menor que la obtenible en el mismo circuito si el dispositiv~ se reemplazara can un conductor solido con iiiipedarieia siinilar(Figiira 4:1.17). Los p6rfaftisibles para fusibles limitadores de corriente estan disefiados para dificultar la Instalaci6n de fusibles no limitadores de corriente.

(b)

(el

FIGURA 4.1.14 tres tipos de fusibles de cartucho: (aJ fusible renovable comOn de eonexi6n desprendible; (b) fusible renovable "super-lag" (retardo); (e) fusible de un solo uso (Fuente: Cooper Bussman)

FIGURA 4.1.15 Fusible fusetron de cartucho (Fuente: Cooper Bussman)

Interruptores de Circuito para Fallas de Conexi6n a Tierra (GFCI) . Los cortacircuitos y fusibles abren un circuito y detienen el flujo de electricidad cuandoel flujo de corriente excede su regimen. Los circuitos de iluminaci6n y tomas generalmente estin c1asificados en 15020 A. En ciertas condiciones, solamente 20 InA pueden matar a un adulto saludable; par tanto, el regimen de circuitos de iluminacion y tomas es alto, en relaci6n con la cantidad de corriente que podria manu a una persona. Los interruptores de circuito para falla de conexion a tierra (GFCIs) son dispositivos que detectan cuando aful una.pequefia cantidad de corriente pasa a tierra por un canal distinto al conductor apropiado. Cuando existe esta condici6n, el GFCI se desconecta casi instantaneamente, deteniendo el flujo de corriente en el circuito, inclusive a traves de la persona que pudiera

FIGURA4.1.16 Cortaeircuitosderivado, de 15a, mono-polar; 120 V (Fuente: Eaton's Cutler-Hammer Business)

4-16

SECCION 4 •

Prevencion de incendios

estar en contacto con este. La simplicidadde disen6es una tazoh parala confiabilidad del GFCl. La Figura 4. U8 muestra la distribucion tipica de circuito de un GFCI pata proteccion ddpersonaL La Figura 4.1.19 muestra tipos de unidades GFCI y un probador de GFCI. Los GFCIs disponib1es actualmente estan ajustados para operar cuando las comentes de linea a tierra exceden 5 rnA. Las normas de evaluacion permiten undiferencial de 4 a 6 rnA. Aun a desconexiones de 5 rnA, se deberia entender claramente que la comente instantanea es mas alta y cualquier descarga electrica durante el tieropo en que se esta despejando la falIa sera incomoda. Lo fundamental del cortacircuitos para falla de conexion a tierra es su caracteristic&·i!empo-corriellte. El tiempo de desconexion es aproximadamente 1/40 de segundo (25 ms) cuando la falla alcanza oexcede 6 rnA. Hay dos clases de GPCIs: Clase A y Clase B. El GPCI Clase A se desconecta a no mas de 6 rnA. El GPCI Clase B se desconecta cuando la comente excede los 20 rnA y es para usar solamente con himparas subacuaticas en piscinas instaladas antes de la adopcion local de la edicion 1965 del NEe. ElOFCI Clase A se usa donde se requiere 0 de sea proteccion del personal contra fullas de conexion a tierra.

cordones flexibles con c1avija tomacorriente y conector estandar, cuando caeTl al agua (ej., charcos), puede esperarse que Produzcan corrientes de fuga de 100 a 300 rnA 0 mas, mucho mayores que las comentes de desconexi6n del GPOI. Los motores con escobilla sucias, rastros decaI'bOn eafos conmutadores 0 humedad en los bobinados pueden contribuir a la fuga de corriente. Un metoda sensato para la instalacion, uso y mantenimiento de los circuitos GPCI logra mucho para eliminar disparos molestos en las obras de construccion. {En realidad, la desconexion en cualquiera de las condiciones mencionadas no es un disparo molesto (nuisance tripping), sino un dispositivo que esta desempefiado la [uncion deseada.) GFCIs en Ocupaciones Residenciales y Comerciales. El NEC requiere proteccion contra falla de conexion a tierra para el personal (por ejemplo, un OFel) en todos los tomas de 125 V, monofasicos de 15 y 20 A instalados en los siguientes lugares en unidades residenciales: banos, garajes y edificios anexos que tengan un piso a nivel del sueloo bajo nivel del sudo no destinados a cuartos habitables y limitados a areas de almacenamiento, areas de trabajo 0 de uso similar, los exteriores, sotanos sin terminar, espacios de acceso para andar a gatas a nivel 0 debajo del piso, cobertizos para botes, tomas instalados para servir superficies de mostradores de cocina, y tomas situados dentro de 1,8 m (6 pies) del margen exterior de un fregadero de bar de bebidas a1cohOIicas. Un receptaculo sencillo 0 doble no necesita proteccion GPCI si: (1) esta situado dentro de un espacio dedicado a un artefacto que no se puede mover facilmente de un sitio a otro y conectado con cuerda y enchufe 0 (2) no es de faci! acceso y esta alimentado por un circuito dedicado a equipos para derretir nieve 0 descongelaci6n. En sitios diferentes a unidades residenciales, los tomacorrientes instalados deben tener proteccion de OPCI para el personal en todos los bafios y tejados 0 azoteas. Todos lostomacorrientes de 125 V, ya sean de cuchilla paralela 0 tipo bloqueo por media vuelta (twist-locking) que esten situados dentro de 6 m (20 pies) de una piscina, fuente 0 spa de exterior 0 bafiera caliente deben estar protegidos con GPCI. Cuando los spas a bafieras calientes estan insta1ados en interiores, los tomacomentes que alimentan la energfa a estos deb en tener proteceion de GFCL Las bafieras de hidromasaje y sus equipos asociados requieren proteccion GPCI, 10 mismo que todos los tomacorrientes dentro del,S m (Spies) de la bafiera. Ademas, en todos los tipos de ocupacfon, los recipientes no protegidos por OPCI que se cambian par dafios u otras causas que

GFCIs en Obras de Construcci6n. Todas las tomas de tomacomentes de 125 V, monofasicos, de 15,20 y 30 A deb en tener proteccion de GFCI para el personal oun programa de conductor de conexi6n a tierra seguro para los equipos. Se deben tomar precauciones para dar asistencia a la operacion de GFCIs en obras de construcci6n. La mayoria de artefactos de 120 V probados en laboratorios tienen fuga de 0,5 mAo menos en condiciones de trabajo normales. Sin embargo, la humedad 0 el mantenimiento inadecuado de herramientas ponatiles manuales, comtIn en obras de construccion, pueden crear condiciones baj 0 las cuales se puede esperar que se desconecten los OFCIs. Los

Bobina de disparo ~

I

Cortacircuitos ' " ~ Linea de "entrada"

cal~

__ Hacia la carga Linea neutra conectada a tierra

FIGURA 4.1.18 Configuracion de circuito para cortacircuitos tfpico de lalla de conexi6n a tierra para proteccion de personal

FIGURA 4.1.17 Fusibles fimitantes de corriente cfase r con caracteristica de rechazo para impedir instalacion de fusibles no fimitantes de corriente (Fuente: Cooper Bussman)

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CAPiTULO 1 •

Equipos yartefactos eJectricos

4-17

anteriormente no requerian proteccion GFCI en las adiciones previas del NEC dehen tener protecci6n GFCI si el NEC actual 10 requiere.

Cortacircuitos para Falla de Arco (AFCls)

(a)

(b)

Los cableados residenciales fijos representaron 13 000 incendios de estructuras reportados en 1998, con p6rdidas correspondientes de 96 vidas de civiles y 293 lesiones. 1 A mediados y finales de los anos 1980, cuando e"1 promedio de incendios de cableados residenciales era de 17 000, con mas de 150 muertes .al_aflo, lall:S .. COIlSUl11~!h:.odllc!SllfetyC_Oll1:!lli.ssion (CPSC) identific6la detecci6n de faHa porarco como una nueva y prometedora tecnologia. Desde entonces, los ingenieros e1ectricistas del CPSC han probado cortacircuitos para faHa por arco (AFCIs) y verificaron que estos dispositivos son efectivos. Una falla de arco es una descarga electrica accidental caracterizada por corriente baja y erratica que puede incendiar materiales combustibles. Annque los cortacircuitos estandar proveen protecci6n de sobrecarga, protecci6n contra cortocircuitos, y (cuando se especifica) protecci6n contra fallas de conexion a tierra para el personal, no dan proteccion contra riesgos potenciales de incendio que pueden resultar de fallas de arco de bajo nivel. El AFCI es un dispositivo de seguridad que usa la electroruca para reconocer las caracteristicas de corriente y voltaje de las faHas por arco e inteITUlllpen el circuito cuando ocurre la falla por arco. Se espera que el AFCI provea proteccion mejor contra incendios causados por estas condiciones de inseguridad en los cableados. La tecnologia AFCI se us6 inicialmente para proteger areas alrededor de lineas de servicio caidas. Los avances en tecnologia electr6nica hacen que haya protecci6n disponible contra falIas por arco para uso en circuitol> derivados de 125Vy 15 o20A. Los AFCIs ya son reconocidos por su efectividad en la prevencion de incendios. La edicion actual del NEC exige AFCIs para circuitos de dormitorios en las nuevas construcciones residenciales. Las ediciones futuras del NEC, que se actualizan cada tres afios, podrian ampJiar esta cobertura.

Fallas por Cortocircuitos y Arcos. Los cortocircuitos, conocidos tambien como falias, son generalmente flujos altos y nipidos de corriente. Los dispositivos convencionales para protecci6n de circuitos detectan rapidamente estos cortocircuitos. Las fallas por arco se caracterizan por un flujo decorriente baja y erratica. Debido a estas caracteristicas, las fallas por arco en cordones 0 cables dafil:ldos pueden permanecer sin detectar por dispositivos convencionales para protecci6n de circuitos, creando situaciones peligrosas como la ignici6n de materiales combustibles en las cercanias. Hay tres tipos de fallas por area:

(c)

FIGURA 4.1.19 (a) GFGI de tipo enchufabJe portatiJ; (b) gfc; a prueba de J/uvia can proteccion neutra abierta para usa en Ja extremidad de linea de un cordon flexible; (c) toma duplex can GFCI integrado que tambien protege cargas corriente abajo (Fuente: Pass & SeymourlLegrand~

• Falla por areo paralelo: es un arco producido por contacto directQdedos conductores con polaridad opuesta (ej., un cordon de extensi6n dafiado). • Fallapor areo a tierra: es un arco entre un conductor individual y la conexi6n a tierra (ej., un toma de pared mal instalado).

4-18 SECCION 4 .. Prevenci6nde incendios

• Fallapor areo en serie: es un arco a traves del corte oroturaenun conductor individual (ej., cable perforado por un clavo).

clos que incluyen protecci6n AF'CI y GFCI en una unidad.

Tipos de Metodos yM~teriales de Cableado "" i':» ,

Puede presentarse un arco y producir un incendio en estas y las siguientes situaciones comunes: • Deterioro del aislarniento debido a la edad • Cordones de extension atrapados en una jamba de puerta 0 dobladas entre un mueble y una pared • Deterioro del aislamiento del cordon por exposicion a la luz del solo un conducto de aire caliente Cordones de extension deshilachadasen artefactos • Artefactos dondee! aislamiento de los cables intemos esta deteriorado • Artefactos con alambres dafiados por el usn, flexion 0 torcedura y abuso constantes • Alambres engrapadas muy ajustadamente a parales, cortando 0 dafiado el aislamiento • Cordones 0 alambres recalentados • Cable ados .expuestos 0 trenzados en enchufes antiguos, incluyendo cordones deshilachados 0 sueltos. • tomacorrientescon conexi ones sueltas Cuando ocurre un arco indeseado, este genera altas temperaturas que pueden incendiar combustibles cercanos como madera, papel y alfombras. El AFCI usa circuitos especiales de deteccion de corriente para distinguir entre condiciones de arco normales e indeseadas. Una vez detectada una situacion de arco indeseado, el circuito de control en el AFCI desconecta los contactos internos, desenergizando asi el circuito y reduciendo la posibilidad de incendio. UnAFCI no deberia desconectarse durante situaciones de arco normales, como los que ocurren cuando se abre un interruptor 0 se desconecta un enchufe del receptaculo. EI cortacircuitos AFCI provee proteccion para el ca-. bleado del circuito derivado y los cordones de fuerza, cordones de extension, y el cableado interno del equipo. LosAFCIs pueden instalarse en cualquier circuito derivado unipolar de 125 V, 15 020 A Y actualmente estan disponibles como caracteristica integrada en.los cortacircuitos.Enel futuro proximo, habra otros tipos de dispositiv0S con proteccion de AFCI. En hogares equipados con cortacircuitos convencionales en lugar de fusibles, el cortacircuitos AFCI puede instalarse en lacaja del tabIero en lugar de los interruptores (breakers). Los hogares con fusibles estan limitados a tomacorrientes 0 AFCIs de tipo portatil, que se espera esten disponibles proximamente.

Dispositivos de Combinaci6n AFCI y GFCI No debe confundirse un AFCI con un cortacircuitos de falla de conexion a tierra (GFCI). El GFCI esta disefiado para proteger a las personas de choques e16ctricos graves 0 fatales mientras el AFCI protege contra incendios causados pOT fallas pOT areo .. ,El GFCI tambien puede proteger contra algunos incendios electricos al detectar formacion dearcosy otras faUasa tierra pero no puede detectar en toda la linea falIas peligrosas de arcos que puedan causar incendios. Basados en el U.S. Consumer Products Safety Commission Reports, pronto habra dispositivos combina-

, ',/, ""--"-

-" '--, "--.

EINici~GOridce variosI~et6do~estancllrrde cab1eado, algunos de los ¢uale~sQn adecuaclosparaJ,lSo general, 11lientrasotros 80lamente son adecuados parausos especiales.. Enalgunas localitlades,;las regulaciones restringen elnso de ciertos metodosde cableado reconocido por el NEC. Los metodos de cableado mas usados'son conductor de metalrigido, conductorigidonometalico, conducto de metal intermedio (IMC), tuberia.metlilica elec-

trica·mMI)J,sabler:~xe~~42_~~_!1l~!~.(~g)?c~:OI~.;.l?lin<1a.:do (AC;nombre comereial~!BX");eableCOJ1revestimiento llfrmetalico (NM, NMC, NMS: n~brecomercial "Romex"), canales de superficie de metal y no metalicos, conduCtos para cables, blindobarras(busways), canales bajopiso, y canales de pigo de metal celular (Figuras 4.1.20 hasta 4.1.23). En algunas areas del pais, se usa conducto de metal flexible (nombre comercial "Greenfield") para. sistemas totales de cable ado. Ninguno de estos rnetoaos de cableado debenausarse para trabajotempotal 0 permanente cuando no cumplen totalmente con losrequisitos de seguridad del.NEC ... .

Identificaci6ndeConductores, Terminales, Circuitos,'y Circuitos. Oerivados ' Cor:,poca$ ex~epciones, todos los sistemas cableados interiores tienell\ttl;conductor de circuito puesto a tieITl:l con.identificaci6nt6talC~ntinua. La identificaci6n paracondu.clores de 6 AWGo Il1enores (excepto cable Tipo MI)de.beriqconsistir de un aislamiento exterior de cO'lorblancoo grisnatural. Los conductores aislados de mas de 6 AWG deberian tener identificacion similar 0 identificarse durante la instalacion por medio de marcas distintivas blancas en sus terminaciones. Los conductos puestos a tierra 0 de cable TipoMi tambien se identifican con marcas distintivas en sus terminacionef;.~urante la instalacion. En general, los termil}ales de los artefactos electric os a los cuales seva a conectar un con~uctorpuesto atierrase identifican por estarhechos esen¢iaiIIiente de metal de color blanco, con revestimiento metalico tambien esencialmente blanco, 0 con la palabra "blanco" adyacenteal terminal. 8i el terminal no es visible, el agujero de entrada puede estar coloreadoen blanco. En caso de portalamparas de.cubiertadeatomillar, el terminal (blanco) es el que se conecta a la cubierta de atomillar. Cuando se provee un temfuial para la conexion de un conductor de conexion a tierra, estfl debe estar identificado por un tornillo 0 tuerca verde de cabeza hexagonal, 0, si el terminar no esm visible, el agujero de entradadebe estar marc ado con la palabra "verde" 0 las letras "G" 0 "GR",oel simbolo de conexion a tierra.

Circuitos Oerivados para Alumbrado y Artefactos Un circuito derivado es la parte de un sistema de alambrado que se extiende entre el dispositivo final de sobrecorriente que protege el circuito y las tomas del circuito. Los circuitos derivados estan defmidos ademas como (1) circuito derivado para artefac-

CAPiTULO 1 •

Equipos y artefactos electricos

4-19

FIGURA 4.1.20 Cable con revestimiento tipo UFlos conductores ais/ados se enchaquetan en paralelo y la cubierta total debe ser resistente al fuego, resistente a la humedad, resistente a los hongos, resistente a la Corrosion, y adecuada para enterrarse directamente en la tierra:

FIGURA 4.1 .. 23 Conjunto de toma multiple instalado para artefactos de mostrador (Fuente: The Wlremold Co.) FIGURA 4.1.21 Cable tipo AC(Fuente: AFC Cable Systems, Inc.)

FIGURA 4.1.22 instalacion de un sistema de canal de metal tipico con un tablero de base de acero y sistema de toma multiple (Fuente:The Wiremold Co.)

tos pequefios que alimenta una 0 mas tomas a las que se van a conectar los artefactos, que no tiene luminarias (accesorios de alumbrado) conectadas permanentemente diferentes a las que son parte del artefacto, (2) circuito derivado universal que alimenta dos 0 mas tomas para iluminacion y artefactos, y (3) cir-

cuito derivado individual que alimenta un solo equipo. El conductor de conexi6n a tierra del circuito puede ser exdebe estar identificado puesto 0 aislado. Cuando esta con color verde continuo 0 verde con una 0 mas rayas amarillas. Los conductmes de mas de 6 AWG aislados 0 cubiertos deben identificarse pelando el aislamiento del tramo expuesto, colorea~do el aislamiento de verde, 0 cubriendo!o con cita verde 0 etiquetas adhesi vas verdes. Los conductores de diferentes voltajes sin conexion a tierra napueden ser de cualquier color que no sea verde, blanco 0 tural. En algunas aplicaciones especiales, por ejempio, los sistemas de energia aislados (sin conexion a tierra) usados en salas de cirugia de hospitales, los circuitos se marcan como sigue: conductor aislado No.1, naranja; conductor aislado No.2, cafe. Los portalamparas, cuando estan conectados a circuitos derivados con corriente nOIlfinal > de 20 A, deben ser del tipo para trabajo pesado con una clasificacion no < de 660 W si son de rosca tipo admedium, y no menor de 750 W S1 son de otro tipo. Los tomacorrientes, conectados a circuitos con dos 0 mas tomas 0 salidas, no deben suministrar cargas mayores que los valores que Sl; dan en el Tabla 4.1.5. Estos no deben estar alimentados por circuitos de c1asificaciones mayores que los valola res dados en la Tabla 4.1.6. Si son mayores de 50 clasificacion del receptaculo no debe ser menor que la clasificacion del c1rcuito derivado, excepto en cargas de motores. Los circuitos derivados individuales pueden pro veer cualquier carga. Los circuitos derivados con dos 0 mas salidas pueden proveer s,)lamente las siguientes cargas.

4-20

SECCION 4 •

Prevencion de incendios

Circuitos derivados c1asificados a 15 y 20 A son para unidades oartefactos de iluminaci6n. La clasificaci6ndetodoslos artefactos conectados con cordon y enchufe no deben exceder 80 por ciento de la c1asificaci6n de amperiosdel circuito derivado. La corriente nominal total de artefactosfijos no debe exceder el 50 por ciento de la capacidad de amperios del circuito derivado cuando tambien se proveen unidades de iluminacion u otros artefactos. Esta permitido que los circuitos derivados c1asificados en 40 y 50 A alirnenten aparatos fijos paraalumbrado con portahimparas para trabajo pesado, aparatos de calor iufrarrojo u otros equipos de uso que no esten en unidades 'devivienda. Los circillfosderivadosmayores de 50 A puederi;alnneiitai'soIam'eiite cargas que no sean de iluminaci6n; . Los tomacorrientes en ocupaciones devivienda{inc1uyendo habitaciones de huespedes en hoteles, deberiari instalarse en todas las cocinas, salones familiares, comedoies, salas de estar, salas, bibliotecas, estudio, solario, donnitorio,salonde recreo 0 cuarto 0 area similares en unidades de vivienda.. En 10 pnlctico, las Tomas deberian estar espaciadas a distancias iguales (Figura 4.1.24). Los tomacorrientes deberian instalarse de manera que ningUn punto a 10 largo de lalinea del piso esteamas de 1,8 m (6 pies), medido horizontalmente, desde. una to!prizontalmente, des de un receptaculo. Todos los tomacorrientes que sirven espacio de mostradores' deben tener protecci6n OFCI (Figura 4.1.25). Los tomacorrientes instalados en circuitos derivados de 15 y 20 A deben ser de tipo de conexion a tierra y estar oorrectamente puestos a tierra. Esto no qui ere decir que todos los equipos conectados con cordon y enchufe deben ser conectados a tierra. (Ver el NEe actual para detalles especificos de puesta a tierra).

Calculo de Cargas Los metodos especificados en el NEC proporcionan una base para calcular las cargas esperadas de los circuitos derivados y alirnentadores y para detenninar el numero de circuitos derivados requeridos. Cuando opera nonnalmente, la carga maxima de un circuito derivado se mantiene durante 3 horas 0 mas, como

TABLA 4.1.5 Carga maxima conectada con cordon y enchufe a toma

Clasificacion de cirruito

Clasificacion de toma

Gargamax.

(A)

15020 20 30

15

12

20

16 24

30

Fuente: NFPA 70-2002, National Electrical

TABLA 4.1.6 Clasificaciondetomas para circuitos de diferentes tamaiios

Clasificacion de toma (A)

Clasificacion de circuito

(A)

15 20 30

No mas de 15 15020

40

40b 50

50

50

30

Fuente: NFPA 70-2002, Nationa/I-I,,'r.mlf'.al

en la iluminaci6n de una oficina, las cargas especificadas deben aumentarse .en 2Spor ciento. En el Articulo 220de1 NEe se dan las cargas minimas de aparatos de iluminaci6n en voltamperios (VA) por pie cuadrado para diferentes tipos de ocupaciones. Para determinar lacarga, no se inc1uyen los porches abiertos y garajes de ocupaciones residenciales. Los es.pacios sin tenninar y sin usa en las viviendas no necesitan inc:1uirse a menos que sean adaptables para uso futuro. Para iluminaci,'in que no sea general, los tomacorrientes de uso general, artefacws y cargas que no sean de motores, debe inporlJnidfld paracada toma: c1uirse la siguiente carga minima , -: ,-

-,

"."

-'--;~

;

1. Tomas que alimentan artefuctos especificos y otras cargas --clasificacion de amperios del artefacto 0 cargaservida 2. T<>mas que alimentallpor1:ala~paras'detrabajo pesado 600 VA .. 3. Otras Tomas - 180 VA (Esto no se aplica al circuito derivado de artefactos pequefios.)

Cargas de Alimentadores I

Los conductores de alimentaci6n deben tener suficiente amperaje para abastecer la carga servida. La carga calculadade un alimentador no debe ser menor que la surna de todas las cargas de circuitos derivados suministrada por e1 alimentador, sujeta a las estipulaciones de factor de demanda del NEe Las tablas de fuctores de demanda para iluminacion general, estufas electricas y otros artefactos de cocina y para secadores de ropa se encuentran en el NEC. La Tabla 4.1.7 relaciona los factores de demanda que pueden aplicarse a aqueUa parte de la carga total del alimentador ca1culada para iluminaci6n generaL Un .metodo opcional de ca1cular la carga para una unidad

CAPiTUlD 1 •

-+

_

Equipos y arlefactos electricos

4-21

l+----:h3ex, Q>

Receptaculo de piso Panel fijo

1

Refrigerador DW

600mm (2 pies)

Cocina

{]T

E

t-

M

E~

EJ 1Sif6n

,;

.~

o~

C')~

GFCI

E .9:

0.

1--]

300mm (1 pie)

1---*-1300 mm (1 pie)

Elo, E.9:

T60Clmm GFCI

1(2

pies)

00.

O~N

I.P~

GFCI

,_:-3.7m(12pies:}-)-_.jf..,..-1.am(6 Pi€
FIGURA 4.1.24 Requisitos del NEG sobre colocaci6n de tomacorrientes en ocupaciones residenciales

residencial unifamiliar servida por un sistema de 120/240V 0 2081120 V, con alimentadores 0 conductores de servicio c1asificados en 100 A 0 mayores, es usar los valores de porcentaje provistos en 1a Tabla 4.1.8. En elAnexo D del NEC sedan ejemplos de caIculos de circuitos derivados y alirnentadores para otros edificios y ocupaciones. Estos caIculos no son aplicables a los tomacorrientes estipulados porel NEC enunidades de vivienda; Los circuitos ·derivados para' artefactos' pequefios de 20 Aycircuitos derivados para lavanderfas en unidades devivieuda se calculan a 1500VA por circuito. Otros tomacorrientes clasificados a 20 Ao menos en unidades de vivienda se consideran parte de la carga general de iluminacion, basados en el area y calculados a 3VAporpie2 . Para tomacorrientes en unidades que no sean de vivienda, cada toma sencilla 0 multiple en una sola unidad 0 tira se considera como no menor de 180 VA. Se presenta un ejemplo del NEC para ca1cular la carga en una vivienda unifamiliar para ilustrar los principios en cuestion. Para una vivienda con un area de piso de 457 m 2 (1500 2 pies ) (excluyendo un sotano sin ocupar, atico sin tenninar y porches abiertos), una estufa de 12 kW Y una secadora de ropa de 5 kW, la carga puede calcularse como sigue: Carga General de Iluminacion: 1500 pies2 a 3 VA pOT pie2 = 4500 VA.

Numero de Circuitos Derivados Requeridos Carga de Iluminacion General: 45001 120= 37.5 A; 37.51 15=

GFCI

GFCI

GFCI

h C\l'a.

L-§.OO m""m.....,.+I.r----;-:1.2 m':-->1'I:-'_~1.2 m 1- (2 pies) (4 pies) (4 pies)

+

~I~

FIGURA 4.1.25 Requisitos del NEG sobre c%caci6n de tomacorrientes en mostradores e islas de cocinas y areas de comedor en unidades residencia/es

2,5 0 tres circuitos de 15 A, 2 biIos; 0 dos circuitos de 20 A Y 2 hilos. Circuito para Artefactos Pequenos: Dos circuitos de 20 A, 2 hilos. Circuito para Lavanderia: Un circuito de 20 A Y 2 hi los.

Tamano MinimoRequerido de Alimentadores Carga Ca:culada lluminaci6n General t Carga de Artefactos Pequenos Lavanderia Total (sin estufa y secador) 3000 VA a IOOpor ciento 9000 - 3000 = 6000 VA a 35 por ciento Calculo Neto (sin estufa y secador) Carga para estufa Secador de ropa Cilento Neto (con estnfa y secador)

4500 VA 3000 VA 1500 VA 9000 VA 3000 VA 2100VA 5100 VA 8000 VA 5000 VA 18100 VA

Para alimentadores del sistema de 120/240: 18100/240: 75 A. Por 10 tanto, el tamafio de alimentador para la carga total

4-22

SECCI6N 4 II Prevenci6n de incendios

TABLA 4.1.7 Factores de demanda a a1imentadores de carga de alumbrado

Tipo de Ocupanci6n Unidades de vivienda Hospitales B Hoteles y moteles incluyendo Casas de apartamentos sin provisi6n de cocina para inquilinosB Bodedas (Almacenamiento) Todos los demas

Porcion de carga de iluminaci6n a la cu8.1 aplica el factor de demanda (VA) Los prim eros 3000 0 < a De 3001 a 120000 a Los demas > de 120 000 a Los primeros 50 0000 < a Los demas > de 50 000 a Los primeros 20 000 0 < a De 20001 a 100000 a Los demas > de 100 000 a

Los primeros 12500 0 < a Los demas > der 12 500 a Voltio amperios totales

Porcentaje de factor dedemanda 100 35 25 40 20 50 40 30

100 50 100

factores esta tabla no se deben aplicar a la carga calculada de los alimentadores a areas en hospitales, hoteles y moteles donde es probable que se use la iluminaci6n total al mismo tiempo, como en salas de cirugia, salones de baile 0 comedores. Fuente:NFPA 70-2002, National Electrical Code@.

puede seleccionarse en base a una carga de 75 A. La carga neta calculada excede los 10 kYA, de manera que los conductores de servicio deb en tener una c1asificaci6n de 100 A.

Cordones y Cables Flexibles Las Cordones flexibles estan hechas para varias c1ases de servicio, que van desde alambrado para lamparas porUitiles hasta cables deascensores. EIArticulo 400 delNEC da una descripcion, amperajes y el uso esperado de los diferentes Cordones flexibles disponibles actualmente. El amperaje de los Cordones flexibles esta limitado por el tipo y diametro del alambre usado. Estos no se deben sobrecargar ni reducirse su cuandoeldiametro es para resistencia mecanica. "' Los Cordones flexibles frecuentemente estan sometidas a dano fisico y desgaste rapido. Pueden ocurrir fullas de conexion a tierra 0 cortocircuitos si el aislamiento se dana y el arco resultante puede incendiar el aislamiento 0 materiales combustibles cercanos. Es de suprema importancia el reemplazo de los Cordones flexibles tan pronto como muestren dano 0 apreciables. Bajo las pnicticas actuales de rotulado, solamente los Cordones de reemplazo para suministro de energia no desmontables; Cordones de suministro de energia para estufus y secadoras; y conjuntos de Cordones, como Cordones de extension, llevan la etiqueta en el producto mismo. Anteriormente, los Cordones oriy Cordones de suministro de energia eran rotulados, y algunos consumidores pueden haber creido que un ratulo 0 etiqueta en la cuerda de un artefacto electrico significaba que el artefacto habia sido investigado para su seguridad. Los Cordo-

TABLA 4.1.8 GillculD opciDnal para unidad de vivienda unifamiliar

La mayor de las siguientes cinco selecciones (1) 100 % de la clasificacion(es) de la placa de identificaci6n del acondicionamiento de aire yenfriamiento, incluyendo compresores de bombas calorfficas. (2) 100 % de la clasificaci6n(es) de la placa de identificaci6n de los sistemas de almacenamiento termico electrico y otros sistemas de calefacci6n cuando se espera que la carga usual sea continua al valor total de la placa. Los sistemas que califican bajo esta seleccion no se deben ealcular baio ninguna otra selecci6n en esta tabla. , (3) 65 % de la clasificaci6n(es) de la placa de identificaci6n de calentadores centrales eiectricos de espacios incluyendo lei calefacci6n auxiliar integral en las bombas calorfficas. (4) 65 % de la c1asificaci6n{es) de la placa de identificaci6n de calefacci6r electrica central si son de menos de cuatro unidades controladas separadamente. (5) 40 % de la clasifieaci6n(es) de la placa de identificaci6n de calentadores electricos de espacio Sl son de cuatro 0 mas unidades controladas separadamente. Mas: 100 por ciemo de los primeros 10 kVA de toda la otra carga. 40 por ciento del resto de todas las otras cargas. Fuente: NFPA 70-2002, National Electrical

nes no removibles en los nuevos artefactos ya no llevan este rotulo, para que el consumidor no pueda confundirse y pensar que el artefacto ha sido probado, 10 que podna no ser el caso. Los Cordones :flexibles no son consideradas por el NEC como un metodo de alambrado. Estas estan cubiertas en el Capitulo 4 del NEC, "Equipos para Uso General". Los Cordones :flexibles, incluyendo Cordones de extension, no son aceptables como substituto para el cable ado fijo de una estructura, pero son aceptables para usc> en la extension de la longitudde un cordon de una lampara portatil 0 en artefactos conectados con cordon y enchufe. El artefacm deberia usarse de acuerdo con las instrucciones incluidas en el Iistado 0 rotulacion y el cordon flexible mismo debena usarse de acuerdo con el Articulo 400 del NEe. Los Cordones flexibles no estan limitadas solamentea "cableado temporal."..

Interruptores Se requieren interruptores para el control de luces y artefactos y como medio de desconexion l(afa motores y sus l"'~~UUIUVlv Los interruptores pueden ser de aire (air-break) 0 aceite break). En el ripo oil-break, el dispositivo interruptor esta sumergido en aceite. Un riesgo importante de incendio en interruptores es el arco producido cuando se abre el interruptor. Este riesgo es un poco mayor en los interruptores de aceite (oil-break). Si se operan mucho mas alIa de su capacidad nominal 0 si el estado del aceite es malo 0 su nivel no se mantiene adecuadamente, el arco puede evaporar el romper la caja, y causar un incendio. Sin embargo, 1a cantidad de aceite es comparativamente pequefia (excepto en equipos de alto voltaje) y estos interruptores no presentan riesgo si se usan y mantienen adecuadamente.

CAPiTULO 1 •

ARTEFACTOS DOMESTICOS ELECTRICOS Equipos de Calefacci6n Eh~ctricos Los equipos de calefacci6n electricos se usan mucho y es importante que estos artefactos esten probados y listados por laboratorios de pruebas electricas calificados. Algunos equipos fijos de calefaccion cubiertos en el Articulo 424 del NEC son aceptables para instalacion en contacto directo con material combustible. Los calentadares de tablero de base por ejempl0, han sido probados y se encontro que tienen proteccion adecuada contra~ri;;sgos-deincendio que podrlan-resliltar contactos con cortinas, muebles, alfombras, ropa de cama, etc., aunque es posible la decoloracion 0 chamuscarse (pero no con ascua 0 llamas) de materiales adyacentes. Otras calentadores de aire electricos, sin embargo, pueden presentar riesgo de incendio 8i entran en contacto con materiales combustibles 0 si estan cubiertos 0 bloqueados de cualquier manera. Los calentadores de ambientes no deben instalarse donde esten expuest08 a dano fisico grave a menos que estan adecuadamente protegidos, ni en lugares humedos 0 mojados a menos que esten aprobados para estos lugares. Un calentador instalado en un ducto de aire 0 pleno debe ser de tipo adecuado para ese uso. El articulo 424 delNEC cubre la instalaci6n de calentadores para ductos y plenos y temas como confiabilidad del flujo de aire, problemas de condensaci6n, seguro de circuito del ventilador, reguladores de limite y localiza~ cion del medio de desconexi6n. La NFPA 90B, Standardfor the Installation ofWann Air Heating and Air Conditioning Systems (Norma para la Instalacion de Sistemas de Calentamiento de Aire y Aire Acondicionado), tambien contiene detalles sobre sistemas centrales.

Estufas EIE~ctricas, Hornos de Pared y Equipos de Cocina de Mostrador Cada uno de estos artefactos necesita un medio de des conexion de todos los conductores sin conexiona tierra del circuito de alimentaci6n. Un conector separable, enchufe 0 receptaculo pueden serVircomo niedio dedesconexion para estufas autonomas. Se cohsidera satisfactoria una conexi6n de enchufe y tom a en la parte trasera de la base de la estufa, si es accesible desde el frente 'quitando una gaveta. Las estipulaciones para conexion a tierra de estufas estan cubiertas e el Articulo 250 del NEC. En: instalaciones nuevas, no se pemlite el conductor puesto a tierra (neutro) como medio de conexion a tierra de la armazon de una estufa eIectrica 0 unidad de cocina de mostrador. Por 10 tanto, el cordon flexible de alimentacion debe tener cuatro conductores, y un enchufe de cuatro palas. Cuando hay un circuito derivado con solamente tres conductores para alimentar un receptaculo de tres hilos, se permite usar el conductor puesto a tierra (neutro) para conectar.a tierra la armazon del artefacto. EI NEC proporciona los metodos para calcular cargas de alimentadores para estufas eIectricas domesticas y otros artefactos de cocina.

Equipos y artefactos electricos

4-23

Refrigeradores Los problemas de incendio con Tcfrigeradores pueden incluir deterioro en el servicio de los motores de fracci6n de caballo que se usan y la posibilidad de recalentamiento. Los serpentines y motores de refrigeradores son susceptibles de acumulaci6n de depositos de pelusa y aceite, por 10 que su limpieza es la cons ideracion principal de prevencion de incendios. Los nuevos artefactos tienen motores sellados que no requieren aceitada 0 mantenimiento, pero puede resultar recalentamiento por uso inadecuado 0 enfriamiento ineficiente del refrigerante debido a su~ciedad.o .dano ..eneLserpentin....Los.Iefrigerador.es .domesticos comlines o' refrigeradores comerciales no deben usarse para guardar lfquidos inflamables. [Hay disponibles refrigeradores domesticos 0 comerciales listados para uso en lugares peligrosos (clasificados) Clase I y para almacenamiento de materiales inflamables en laboratorios, de acuerdo con el Capitulo lOde la NFPA 99 y NFPA 45, Standard on Fire Protection for Laboratories Chemicals (Nonna sobre Proteccion contra Incendios para Laboratorios que usan Productos Quimicos)] Las metalicas expuestas sin capacidad de corriente de refri""T'''l1r\,.p~ y congeladores con probabilidad de energizarse necesitan conectarse a tierra segUn estipulaciones del NEC.

Acondicionadores de Aire para Habitaciones Los acondicionadores de aire tienen los mismos riesgos de incendio que otros artefactos operados por motores. Las partes metalicas sin capacidad de corriente deben ser conectadas a tierra como 10 estipula elArticulo 250 del NEG.

Lamparas Incandescentes Como las incandescentes producen calor considerable, estas presentan inherentemente un de incendio y pueden incendiar el material combustible en contacto con ellas. En condiciones normales, con la lampara en un portalamparas aprobade y la conexi on debidamente protegida, el de calentamiento es insigl1ificante, pero puede producirse la cion de materiales combustibles si las lamparasestan rodeadas o colocadas sobrc estos materiales combustibles. En la mayoria de casos cuanJo las lamparasestan incorporadas en diferentes clases de equipos de ilurninacion, la temperatura ambieni:e a la cual operan las lamparas' es mayor; en consecuencia, las raturas de superficie de, las bombillas tambien son mas altas. Las temperaturas de las bombillas pueden aumentar mas si la lampara esm en posicion que no sea vertical, con la base invertida. La Figura 4.1.26 muestra temperaturas de de lampara PS-35 de 100 W A-19 Y 500 W en diferentes posiciones pero, de nuevo, estas temperaturas se midieron en una temperatura amb;ente de 25°C (77°F); as! que cuando esmn encerradas en instalaciones, las temperaturas seran mayores. Las lamparas para arbol de navidad de estilo convencional antiguo fabricadas en EUA tienen temperaturas promedio de superficie en el punto mas caliente de aproximadamente 127°C (260°F) para los colores azul y verde, y un poco menores para los colores blanco, rojo y amarillo. *

4-24

SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

En closets para ropas, no se permite instalar portahimparas abiertos, parcialmente encerrados 0 con lamparas incandescentes en una luminaria (accesorio). En lugares donde hay vapores 0 gases inflamables,polvos combustibles, 0 materia volMil 0 fibras de ignici6n faeil, deben usarse lamparas en portalamparas aprobadas especialmente para ellugar. Las luminarias (instalaciones de luz) aprobadas para lugares de Clase I, Division I deben estar marcadas para indicar el vatiaje maximo de las himparas para las cuales estiin aprobadas, y deben estar pTOtegidas contra daDo fisico por una protecci6n adecuada 0 colocadas mas alla del area de dano potencial. Lasluminarias fijas(acc.esoriode alumbrado) en lugares de Clase I, Divisi6n :2 deben estar protegidas de danos fisico con una protecci6n adecuada 0 situadas fuera del area de dano potencial. Cuando hay posibilidad de que caigan chispas 0 metal caliente de las lamparas e incendien concentraciones locales de vapores 0 gases infiamables, se debe proveer cerramiento u otros medios adecuados. Cuando podria aumentarse el tamano de la lampara de manera que, en condiciones de operacion normal, la temperatura superficial de la luminaria (instalacion de luz) podria exceder 80 por ciento de la temperatura de ignici6n (0C) del gas 0 vapor involucrado, la instalaci6n debe ser del tipo probado para el rango de temperaturas marcado.

Lamparas de Oescarga Electrica (Fluorescentes) La temperatura de operaci6n de un tuba fiuorescente es menor que la de la envoltura de vidrio de la himpara incandescente, pero con frecuencia se usa voltaje alto para iniciar la lampara. Esto requiere el uso de transformadores, reactores, condensadores e interrupt ores. E1 calor producido por este equipo debe tenerse en cuenta y el equipo debidamente protegido. Las temperaturas de las bombillas en la superficie de lamparas fiuorescentes promedian entre 38 y 43°C (100 y 1lOOP) en casi toda su longitud, ya que esto es .un requisito para la producci6n eficiente de luz. Hay una pequefia area de temperatura mas alta de la bombilla directamente encima del catodo en cada extremo de la lampara fiuorescente que va de 49 a 121°C (120 a 250 0 P), dependiendo del tipo involucrado. .Cuaudo se instalan himparas fiuorescentes con voltaje de circuito abierto de mas de 300 V en ocupaciones resideneiales, estas no deben tener partes electrizadas expuestas cuaudo las liirnparas estan colocadas y cuando se insertan 0 retiran. Se necesita mucho cuidado al montar luminarias de lamparas fiuorescentes (instalaciones) que contienen un balasto sobre panel de fibra de celulosa combustible de baja densidad. En este caso, baja densidad se refiere a losas u hojas de panel de fibra de celulosa con una densidad de 320 kglm3 (20 Ib/pie 3) 0 menos, y formadas de material de planta aglutinado. E8to no incluye madera s6lida 0 panel de fibra con densidad mayor de 320 kglm3 (20 Ib/pie3). Las luminarias (artefacto) con balastos no deberian montarse en contacto con panel de fibra celulosa de baja densidad, a menos que estii listadoespecificamente por un laboratorio de pruebas e1ectricas calificado para montar asi. Si no estiin listadas, deberian estarespaciadas por lomenos a 38 nun (1 1;2 pulg) de la superficie del material combustible. Un riesgo importante es la ignici6n del panel de fibra, que en algunas condiciones

·588 (309)

536 291 (144)

446 (230)

477(247)293 _ ( ( 214 280 (138) (145) +-- . (101) / 460

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FIGURA 4.1.26 Temperaturas de superticie de iamparas en varias posiciones.· (a) lampara de 100 W, 19 a; (b) lampara ps 35 de 500 W, pS-35

puede incendiarse a temperaturas relativamente bajas. Ahora se pro vee protecci6n integral con balasto termico para luminari.as fluorescentes (artefactos) instaladas en interiores para proteger contra el recalenta:a::riento del balasto provocado por falIa de capacitores, lamparas, cortos del bobinado del balasto, etc.

Lamparas de Oescarga Electrica (Alta Intensidad) La temperatura de operaci6n de una himpara de descarga de alta intensidad, como lampara de vapor de mercurio, generalmente es mucho mas alta que la temperatura de operaci6n de lamparas incandescentes de casquillode rosca (base Edison) 0 lamparas fluorescentes, sobrepasando los 288°C (550 0 P) en algunos tamafioso Por 10 tanlO se requiere cuidado extremo donde se encuentren esas lamparas para evitar que entren. en contaeto con material combustible. Aunque estas lamparas en un tiempo se usaban principalmente para iluminaci6n de calles y otras aplicaciones de iluminaci6n de exteriores, su alta eficiencia de iluminaci6n y nuevos dis enos que ofrecen buena correcci6n de color y vatiajes menores han hecho aumentar su usoen interiores. Estas lamparas generalmente requieren balastos (transformadores), a veces ~apacitores, y estiin disefiadas para ajustarse a portalamparas Edison-base. Hay sin embargo lamparas con balasto propio que pueden sustituirse directamente con lamparas incandescentes. Las lamparas de descarga de alta intensidad deberian usarse solamente en luminarias (instalaciones) listadas para su uso por un laboratorio de pruebas electricas calificado, como se indica en .a luminaria (instalaci6n).

Lamparas Portatiles de Mano Los portalamparas de armadura de metal, revestida de papel no estiin disefiados para uso como lamparas de mana portatiles. Puede ocasionarse un riesgo de incendio por un cordon defec-

CAPITULO 1 •

tuoso 0 desgastado 0 por rotura de la lampara. El contacto con puntos cxpuestos en el cordon 0 contacto con un portalampara de metal cargado puede ser un para el personal. Las lamparas de mane portatiles deben tener un asa de composicion moldeada u otro material aislante y una proteccion substancial anexa al portalamparas 0 asa. Los protectores metalicos deben estar puestos a tierra por medio de un conductor para conexion a tierra del equipo que funcione con los conductores del circuito Las lamparas de dentro del cordon de suministro de mano portatiles no requieren conexion a tierra cuando tienen un transformador aislantecon un secundario sin conexion tierra de no mas de 50 V. Laslamparas mana en ficados) deben ser adecuadas para ese uso

Equipos de Entretenimiento en Casa

Equipos y artefactos electricos

4-25

Lavadoras y Secadoras de Ropa Estos artefactos requieren medios para desconectar todos los conductores de tierra del ~irc:uito de alimentacion. Un conector separable de cordon 0 un euchufe y tomacorriente pueden servir como medio de desconexi6n. Las lavadoras eIectricas de rop~ secadoras y aparatos similares generalmente se instalan a1 alcance de una persona que puede hacer c0ntacto con una superficie u objeto conectado a tierra. En consecuenci~ las partes metalicas expuestas no couductoras de comente de estas maquinas deben estar conectadas a tierra para e..iminar elR~!igr()A§Gho9.ue electrico. Las acumulaciones de pel usa en secadores y colectores de hilachas tambien presentan potencial de riesgo de incendio si no se limpian peri6dicamente.

Planchas para Ropa Las antenas exteriores y conductores de entrada deben ser de material resistente a la corrosion y estar asegurados finnemente (Figura 4.1.28). No deben estar conectadas a postes 0 estructuras similares que conduzcan cables de luz 0 energia ehktrica 0 cables de tranvia, ni deberian cruzar 0 estar cerca de circuitos de luz 0 energia e1ectrica (para evitar contacto accidental). Cuando las antenas 0 condudores de entrada estan en la proximidad de circuitos de energia electrica 0 energia operando a menos de 250 V, deben tener por 10 menos 600 mm (2 pies) de espacio libre y, a 250 V 0 mas, espacio libre de 3,0 m (10 pies). Los conductores de entrada tambien deben mantenerse por 10 menos a 1.8 m (6 pies) de cualquier conductor que haga parte de un sistema de proteccion contra rayos. EI revestimiento de metal del cable coaxial usado para sistemas de television por cable debe estar conectado a tierra de acuerdo con el Anfculo 820de1 NEC, para evitar riesgos de choque electrico e incendio. El revestimiento debe estar unido electricamente a la cone:x.ion a tierra del sistema de energia electrica. Cuando se instala una varilla de tierra separada para la conexi6n de television por cable, esta debe estar unida al sistema de electrodos de conexion a tierra del sistemaelectrico o.al equipo de servicio eIectrico. Las astas-o mastilesy -estructuras met31icas quesostienen antenas deben estar bien conectadas a tierra, y el conductor de cada entrada de una antena exterior debe esta protegido por un aparato aprobado dedescarga de antena. La NFPA 780 estipula que los mastiles metalicos en edificios esten conectados al conductor de pararrayos mas cercano (cuando 10 hay). Esto normalmente se hace con conductores estandar de pararrayos. Los eIiminadores de interferencias de radio y supresores de ruido conectados a entradas y dispositivos de suministro de para permitir el uso del circuito de suministro de electricidad en Iugar de antena, deberian estar listados para ese uso por un laboratorio calificado de pruebas electricas. Los receptores de television operativos, aun los de estado solido, pueden desarrollar calor considerable, asi que los gabinetes para estos equipos deben proveerse con aberturas para ventilaci6n en la parte posterior e inferior. Es muy importante no instalar receptores de television de manera que se corte 0 reduzca apreciablememe Ia ventilacion deseada (ej., empotrando el aparato en un pared, biblioteca, etc.), a menos que el receptor este disefiado para ese uso.

El NEC estipula que estos artefactos para uso en residencias deben estar equipados con medios aprobados para limitar su Aun con el uso generalizado de planchas automaticas, todavfa hay algunos riesgos porque el p1anchado satisfactorio de muchas tel as requiere un grade de calor suficiente para provocar ignicion si se deja la plancha en contacto con algun material combustible por un tiempo considerable.

Almohadillas Termicas y Mantas Etectricas Se debe advertir al por medio de un aviso en el artefacto y por instrucciones incluidas en su empaque de los abusos comunes que podrian aumentar el riesgo de choque 0 incendio.

(a)

FIGURA 4.1.27 (a) Lampara de mana aprueba de explosion para uso en locaciones clase I (Fuente: Appleton Electric LLC, EGS Electrical Group)

4-26

SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

Como muehas telas absorben faeilmente la humedad, las almohadillas listadas (a menos que sean impermeables) vienen con cubiertas resistentes a la humedad. Esta eubierta se debe ex:aminar freeuentemente para deteetar senales de deterioro. Las mantas estan normalmente disefiadas para poderlas lavar; algunas no pueden lavarse en seen (con disolvente Stoddard 0 pereloroetileno) y normalmente estan marcadas "No Lavar enSeco".

EQUIPOS INDUSTRIALES Y COMERCIALES Hornos

(b) FIGURA 4.1.27 (b) Lampara de mano con protecc/on de meta! puesta a tierra y reflector y gancho tipo giratorlo (Fuente:Daniel Woodhead Co.)

Los homos industriales generalmente emplean transformadores, que pueden ser de tipo seeo, de aislamiento en askarel, aislamiento en aceite 0 aislado con un Ifquido menos inflamable (ej., dimetil-silicona). Aunque los nuevos transformadores ya no se haeen con aislamiento en askarel (material que contiene bifenil polic1orado, 0 PCB), todavia hay muchos de estos transformadores en uso. ELi\'ECrequiere que los transformadores aislados en aceite de corriente nominal total mayor de 75 kVA esten eolocados en una boveda resistente al fuego. Se permite instalar transformadores doe homos electricos con eorriente nominal total menor de 75 kVA sin bOveda en edificios ocuartos de construcci6n resistente al fuego, siempre que se hagan los arreglos adecuados para evitar que un incendio del aceite del transformador se prop ague a otros materiales combustibles. Los eortacircllitos en aceite que controlan homos de arco estan sometidos arrabajo excepcionalmente duro y a menos que se les haga inspee::.i6n y mantenimiento freeuentes, pueden faHar con resultados desastrosos. Los eortacircuitos en eireuitos operados a mas de 600 V Y que se usan para eontrolar trans formadores en aceite deben estar loealizados fuera de las camaras del transformador. Los desfogues de cortaeircuitos de alto voltaje deben estar entubados al exterior. Loscircuitos de homos de areo electrico,debido a la naturaleza de su operaci6n, tarnbien estan sujetos a sobretensi6n que pueden provoearla falla de los cortatircuitos de arco que se usan. En estoscasos, se instalan capacitores en derivaci6n en el circuito para prevenir la sobretensi6n, Los equipos inductores y die16etricos que generan calor empleando corrientes altemas de alta frecuencia se usan en muchos procesos de tratamiento Itermico. Para eliminar tanto los para el personal como riesgos de incendio deestos equipos, su eonstmcci(in e instalaci6n deberian cumplir con los requisitos especiaJes del NEC. Los demasriesgos de los homos e16ctricos son similares a los de homos que USan otros medios de ealentamiento.

Motores FIGURA 4.1.28 Configuracl6n peligrosa de un antena de televisi6n con saporte deficiente proxima de los cables de electricidad.

La ignici6n de aislarniento de motores 0 materiales combustibles cercanos puede ser causada par chispas 0 arcos cuando el bobinado del motor hace cortocircuito 0 llega a tierra 0 cuando las escobillas operm de manera inadecuada. Las balineras 0 ro-

CAPITULO 1 •

damientos pueden sobrecalentarse debido a mala lubricacion y algunas veces el desgaste excesivo del rodamiento permite que el motor wce el inductor. El manejo individual de diferentes tipos de maquinas algunas veces hacen necesaria la instalacion de motores en lugares y condiciones perjudiciales para el aislamiento del motor. Puede depositarse polvo 0 fibras textiles conductoras de electricidad, etc., sobre el aislamiento impidiendo la disipacion normal del calor. Los motores deben limpiarse y lubricarse periodicamente. Todas las instalaciones de motores deberian cumplir con las estipulaciones del reglamentaciones especiales para motores en (clasificados).

Maquinas Herramientas Los equipos e16ctricos de una moderna maquina herramienta 0 de una maquina procesadora de phisticos pueden variar desde un sencillo motor de taladro 0 prensa de extrusion, hasta grandes y complicadas maquinas autom
Salas para Centros de Control de Motores La automatizaci6n de maquinaria de produccion ba aumentado considerablemente el uso de motores y sus circuitos de control, resultando en Ia agrupacion de equipos de control de motores en cajas metalicas divididas en compartimientos re1ativamente Estos son equipos construidos en fabrica, de diseiio especial, conocidos comunmente como "centros de control de motores". Generalmente se colocan en cuartos grandes, algunas veces mencionados como "salas para centros de control de motores". Las faUas electricas 0 incendios en centros de control de motores pueden resultar en la destrucci6n de los equipos en muchos compartimientos del centro de control debido al rapido aumento de temperatura.

Equipos y artefactos electricos

4-27

Se puede crear un riesgo grave si se instalan circuitos de multiples conductores apilados unosencima deotros en cscalerillas portacables. El calor de arco 0 un incendio en el centro de control puede aumentar la temperatura en el cuarto de centro de control basta el punto en que los cables que normalmente son de combustion lenta se hacen facilmente combustibles. Un inecndio de estoseables puedepararun proceso otoda una planta durante semanas 0 meses. EI NEC cubre e1 uso)' eonstruccion de escalerillas portacables y debe seguirse estrictamente cuando se usa este tipo de soportes. El nfunero de centros de control de motores en una habitacion deberia limitarse 0 distribuirse de manera que se evite la exIJV,,,vlVll'U,,un grann~merode cIrcuitosoeqllipos aunincendio. Las salas de control de motores deben ser de construccion incombustible, con techo 0 cicio raso que no se debilite facilmente por un accidente electrico de consideracion 0 incendio. Ademas de 1a ventilacicin normal, la sala debe tener ventilacion de emerpara extraer el calor y humo en caso de incendio grave. La proteccion contra incendios para salas de centros de control de motores puede consistir en sistemas de rociadores de preaccion 0 proteccion de aspersores fijos para cubrir los cables expuestos, detcctores de incendio que inicien una alanna en un punto central en caso de temperaturas anormalmente altas 0 condiciones de humo, sistema de inundaci6n total de dioxido de carbono u otro gaseoso, extintores portatiles Clase C colocados en cada entrada a Ia sala de control, y conexiones de IJCLIUI;;JLla." con mangueras adecuadas y boquillas aspersoras disponibles eerea del cuarto de control.

Tableros de Distribuci6n Idealmente, los tableros de distribucion se instalan en lugares limpios y seeos. Estos deberian estar bajo supervision competente y accesible solamente para personas ealificadas. Los tableros que operan a voltajes mayores de 600 V deben tener proteccion para e'litar dafios por de condensaci6n y rotura de tuberias. Las tubcrias para extincion de incendios se permiten dentro del cuarto electrieo para proteccion de la instalaci6n eIectrica. Cuando es necesanoinstalar Lin tablero de distribution en un lugar hUmedo 0 fuera de un el cerramiento debe scr resistente a la intemperie. Se debe proveer suficiente espacio para operaciones de mantenimiento, como 10 el NEC. Los eonduetores aislados, agrupados dcntro de los Gabinetes, 10 rnismo cue el alambrado e instrumentos de control, deben tener eubiertas exteriores listadas resistentes al Los cortacircuitos e i:nj:erruptores dcbcn tener corrientes nominales suficientes para las cargas maximas y suficiente eapacidad interruptora para las corrientes maximas de cortocircuito. Los contactos Je interruptores y cortacircuitos se dcben mantener en buen estado y el aceite de los cortacircuitos renovarse periodicamente y mantenerse al nivel adecuado.

Condensadores Los condensac.ores pueden aislarse con un llquido combustible o no inflamable. Los condensadores que contienen mas de II L (3 gal.) de liqu;do inflamable deben encerrarse en b6vedas 0 ga-

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SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

binetes cercados en exteriores. Estas protecciones evitan que las personas entren en contacto accidental 0 pongan materiales conductores accidentalmente en contacto con piezas, terminales o barras colectoras energizadas expuestas. Los condensadores deben tener un medio para purgar la energia almacenada, como a traves de una resistencia adecuada. El voltaje residual del condensador debe poderse reducir a 50 V, nominalcs,o menos, en un minuto despues de que el condensador se desconecte de la fuente de suministro. El circuito dc descarga debe estar permanentemente conectado a los terminales del condensador 0 al banco del condensador, 0 equipado con medios automaticos .de conexion a los tenninales del banco del condensadorcuandose rctira el v{)ltaje de la linea. No se pueden usar medios manuales de interrupcion 0 conexion del circuito de descarga. Si nose proveen medias de purgar la carga almacenada en un condensador despues de desconectarlo de la linea, la persona que atiende el equipo puede recibir un choque electrico grave, 0 el equipo puede dafiarse por un cortocircuito.

Re6statos y Reactores Excepto cuando estan instalados en conexion con tableros de distribuciono paneles de control cuyas localizaciones esten adecuadamente protegidas de dafios fisicos y contacto accidental con piezas energizadas, los re6statos deben estar siempre totalmente encerrados en cajas metalicas debidarnente ventiladas. Un reostato siempre es una fuentede calor, y cuando esta instalado en una pared combustible, deberia requerirse una barrera termica si el espacio entre los reostatos 0 reactores y cualquier material combustible es menor de 305 mm (12 pulg.) Los grandes reactores generalmente estan conectados en serie, con los conductores principales de grandes generadores 0 conduct ores de suministro de sistemas de redes de gran capacidad ayudando a limitar la corriente descargada en condiciones de cortocircuitos. Se usan pequei'ios reactorescon pararrayos para ofrecer una alta impcdancia al paso de una descarga de rayo de alta frecuencia y ayudar a dirigir la descarga a tierra. Otro tipo.de reactor, con un nudeo.de hierro y muy parecido a un transfonnador, se usa como reductor a control remoto para iluminaci6n de escenarios en algunas instalaciones antiguas. Los reactores son fuentes de calor y por 10 tanto deberian montarse de la misma manera que los reostatos.

Salas de Proyecci6n de Cine Las estipulaciones del Articulo 540 del NEC aplican a salas de proyecci6n de cine, proyectores de cine y equipos asociados de tipo profesional y no profesional que usan fuentes de ilnminaci6n incandescente, arco con electrodos de carb6n, xen6n u otras que fonnan gases peligrosos, polvo 0 radiacion. [Para mayor informacion, ver NFPA 40, Standardfor the Storage and Handling of Cellulose Nitrate Film (Norma para Almacenamiento y Manejo de Pelfcula de Nitrato de Celulosa)] Todos los proyectores profesionales deben ser operados por personal calificado. Un proyector profesional es e1 que usa pelicula de 35 070 mm con un ancho minimo de 35 mm (13/8 de pulg.) y tienen en cada orilla 5,4 perforaciones por pulgada., 0 que usa arco can electrodos de carb6n, xenon y otros equipos de

provisi6n de luz 'lue forman gases, polvo 0 radiacion peligrosa. L{)s gropos motor-generadores, transformadores, rectificadores, re6statos y equipos similares para el suministro 0 control de corriente a equipos de proyectores 0 reflectores deben estar situados en un cuarto separado, .si se usa peHcula de nitrato de celulosa. Si estan colocados en la sal a de proyecci6n, la pelicula de nitrato de celulosa debe estar situada 0 protegida para que los arcos 0 chispas no entren en contacto con la pelicula. El extremo del conmutador 0 extremos de los grupos motor-generadores deben cUIDplir con una de las condiciones de la Seccion 540-11 del NEe Los interruptores, dispositivos de sobrecorriente u otros equipos que normalmente no se requieren 0 usan para los proyectores, reproduccion del sonido, reflectores u otras himparas de efectos especiales, u otros equipos, no pueden instalarse en las salas de proyeccion. Hay excepciones: (I) En salas de proyecci6n aprobadas para uso solarnente con peHcula de acetato de celulosa (de seguridad), se permite la instalacion de equipos electric os agregados que se usen junto con la operacion del equipos de proyecci6n y el control de luces, telones y equipos de audio, etc. En estas salas de proyeccion se debe colocar un aviso que "En Esta Sala Se Permite Solarnente Pelicula de Seguridad" en el exterior de cada puerta de la sala de proyeccion y dentro de la sala'Ilisma en un lugar visible. (2) Se permite instalar en las salas de proyeccion interruptores de control remoto para el control de luces de auditorio 0 interruptores para control de motores para operacion de telones y enmascaramiento de la pantalla de cine. Podria permitirse la operacion de proyectores aprobados no profesionales 0 IDiniatura sin cuarto de proyeccion, cuando emplean pelicula de acetato de celulosa (de seguridad). Tarnbien se dan regulaciones especiales en el NEC para cubrir instalaciones electricas en estudios de cine, fabricas, laboratorios, escenarios o areas de edificios donde se trabaja con pelicula de nitrato de celulosa. Las estipulaciones inc1uyen cableado en tablados, escenarios, camerinos, mesas de observacion, de corte y remiendo y bOvedas de almicenamiento de peliculas.

Gruas y Montacargas Los metodos de cableado e instalacion de equipos electricos para grilas y montacargas estan cubiertos en el Articulo 610 del NEe. Donde los conductores con contactos desnudos son inadmisibles debido a la presencia de material de facil ignicion, la corriente puede conducirse a 1a grUa 0 montacargas a traves de un cable multiple) tambor para cable 0 dispositivo de eurollado adecuado. I Cuando la grua opera sobre material combustible, los elementos de resistencia deben estar colocados en (1) un gabinete de material no combustible bien ventilado, que no emita llamas o metal fundido, 0 (2) en una jaula 0 cabina de material no combustible que encierre los lados de lajaula 0 cabina desde el piso hasta un punto por 10 menos 152 rom (6 pulg.) por encima del tope de las resistencias. Los colectores deben estar disefiados para reducir al minimo la producci6n de chispas ente eUos y los conductores de contacto. Cuandc se operan en cuartos donde se manejan, fabrican, usan 0 almacenan fibras 0 materiales de facil combus-

CAPiTULO 1 •

tion, la instalacion debe cumplir con los requisitos especiales de la Seccion 503.13 del NEC. Todas las partes metalicas expuestas de grUas, montacargas de monorriel, montacargas y accesorios (incluyendo reguladores suspendidos) deberian estar unidas metalicamente formando un conductor electrico continuo de manera que toda la grUa 0 montacargas esten conectados a tierra.

Ascensores, Montaplatos, Escaleras Mecanicas, Pasarelas M6viles, Elevadores para Sillas de Ruedas y Elevadores de Silla ·paraEscaleras Las instalacion de equipos electricos y cableados para ascensores, montaplatos escaleras mecanicas, pasarelas moviles (moving walks), elevadores para sillas de ruedas y elevadores de silla para escaleras estan cubiertos en el Articulo 620 del NEC. Para informacion adicional ver Safety Code for Elevators and Escalators (Codigo de Seguridad para Ascensores y Escaleras Mecinicas), AS MElANSI A 17.1-1996, Y Elevator And Escalator Electrical Equipment Certification Standard (Norma de Certificacion para Equipos Electricos de Ascensores v Escaleras Mecanicas), ASME/ANSIA17.5-1996 (CSAB44.1~1996). Todas las partes "vivas" de aparatos electricos en los fOS05. en rellanos 0 descansos dentro 0 sobre carros de ascensores ~ montaplatos, en las cavidadeswellways 0 rellanos de escalera's mecarucas 0 pasarelas moviles, 0 en pasarelas y espacios de maquinas para elevadores de sillas de ruedas y elevadores de silla para escaleras deben estar encerrados para proteccion contra contacto accidental. [Ver Seccion 110.27 del }\'EC para la proteccion de partcs electrizadas (live) (600 V, nominal 0 menor)]. Los conductores a los interrupt ores de seguridad de las puen.as de los ascensores que van por el foso, deben ser resistentes at fuego y adecuados para temperatura no menor de 200°C (392"F). Los conductores deben ser Tipo SF 0 equivalente. Los demas cableados en canales deben tener aislamiento resistente al fuego . . Esta permitida la union electriea de rieles de ascensores (de cabma y/o contrapeso) a los conductores de conexion a tierra del rayos. emSaI"go, ios concfuctosistema de proteccion res de conexi on a tierra del sistema de pararrayos no pueden estar situados dentro del foso de los ascensores. UlS rieles de ascensores u otros equipos de los fosos no se pueden usar como conductores de conexion a tierra para sistemas de proteccion contra rayos. (Ver Seccion 250.106 del NEC para requisitos de union electrica. Para informacion adicional, ver l\TFPA 780. Los cables viajeros deben estar suspendidos entre el carro y el extremo del foso de ascensores hoistway, 0 el extremo del contrapeso si es el caso, para reducir la tension en los conductores de cobre al minimo y deben estar sostenidos por uno de los medios siguientes: (1) por sus elementos de soporte de acero, (2) arrollando los cables en los soportes en los tramos sin soporte de menos ~e 30 m (1 00 ~ies), y (3) suspendidos de los soportes por un medlO que se apnete automaticamente alrededor del cable cuando se aumenta la tension en tramos sin soporte hasta de 60 m (200 pies). La longitud sin soporte de medio de suspension del foso es el tramo del cable medido desde el punto de suspension en el foso hasta el fondo dellazo (buc1e), con la cabina del ascensor

contra

Equipos y artefactos electricos

4-29

situada en Ja p lataforrna mas baja. EI tramo 0 longitud sin 80porte del medlO de suspension de la cabina es la longitud de cable medida desde el punto de suspension sobre la cabina hasta el fondo dellazo (buc1e), con la cabina del ascensor situada en el descanso 0 plataforma superior. Los cables corredizos usados como conexi ones flexibles entre la cabina del ascensor 0 montaplatos 0 el contrapeso y los ductos (raceway) deben ser de los tipos listados en la Tabla 400.4 del NEC u otros tipos aprobados. Para reducir el peJigrouechoque electrico, los siguientes equipos deben estar. efectivamente conectados a tierra de acuerdoc()nlafo estipulaciones del NEC para conexi ones a tierra: cable tipo Me, tipoMI 0 Tipo (1) ductos (raceways) de AC conectado lias cabinas de los ascensores, (2) los bastidores o monturas de todos los motores, maquinas de los ascensores y reguladores, (3) las cajas metalicas de todos los dispositivos electricos dentro 0 encima de Ia cabina en el foso, y (4) las armazones de ascensores no electricos si son accesibles para las personas y si hay conductores electricos conectados ala cabina. Cada recentaculo de 125 V, monofasica, de 15 y 20 A instalado en pozos, sobre las cabinas delos ascensores y en huecos de escaleras mecanicas 0 pasarelas moviles debe ser del tipo de cortacircuitos de falla de conexion a y todos los tomacorrientes de 125 V, monofisicos y de 15 y 20 Ainstalados en cuartos de maquinas y espacios de maquinaria deben tener protecci6n con cortacircuitos de falla de conexion a tierra para el personal. Un receptaculo sencillo que alimenta una bomba colectora instal.ada permanentemente no requiere proteccion con cortacircuitos de falla de conexion a tierra. Esta proteccion no inc1uye el cortacircuitos GFCI situado en un panel repartidor; el fin es perrnitir:jue el personal reajuste el receptaculo del GFCI sin tener que trepar en la oscuridad. Los tomacorrientes instalados en el cuarto de maquinas pueden protegerse con un receptaculo GFCI om cortacircuitos GFCI.

Cables de Calefacci6n Laboratorios de prueba reconocidos han listado varios cables de calefacci6n para usoenedificios. Estos cables- son de tipo resistencia, disefiados principalmente para uso alrededor de tuberia de agua para evitar la congelacion y facilitar el flujo de Jiquidos viscos()s. El cable se asegura al tuba con correas 0 se envllelve alrededor del tuba con el grado deinclinacion 0 espaciado recomendados por el fabric ante. Los cables de calefaccion electricos requieren tener una cubierta exterior de metal conectada a tierra. EI tuba -.r cable de calefacci6n generalmente se encierran en aislamiento termico. Algunos aparatos tienen incorporado un termostato que enciende automaticamente el cable de calefaccion cuando la temperatura desciende por debajo de un valor predeterminado. Los cables de calefacci6n de tuberias deben estar conectados a un sistema de cabkado de suministro permanente. Amenos que se indique especifcamente de otra manera por medio de una marca en los cables de calefaccion 0 en las instrucciones de instalacion, los cables de calefaccion son para uso sobre tubos metalicos solamente. Se debe proveer proteccion contra fallas de conexion a tierra para cada circuito derivado que alimente el equipo de caleraccion electrica; esta no es proteccion GFCI.

4-30

SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

Para establecimientos industriales donde solamente personas calificadas prestan servicio en las instalaeiones y es necesaria la operacion continua del circuito para seguridad del equipo 0 proceso, no se requiere proteccion contra falla a tierra, perose requiere una alarma que indique la faHa de conexion a tierra. Los cables eh~ctricos de calefaccion de equipos para derretir nieve 0 hielo estin cubiertos en el Articulo 416 del NEe.

EQUJPOS ELECTRICOS PARA usa EN EXTERIORES Los equipos electricos instal ados fuera de los edificios deb en tener disefio a prueba de intemperie, es decir, estar construidos de manera que la exposicion a la intemperie no interfiera con su operacion exitosa; de 10 contrario deben estar encerrados en cabinas resistentes a la intemperie, cajas disefiadas para impedir que la humedad 0 agua entren y se acumulen en su interior. Si esti montado sobre una pared u otra superficie de soporte, deberfa haber por 10 menos 6 mID (1/4 pulg.) de espacio de aire entre la caja 0 gabinete y la superficie de soporte.

Descripci6n de Dispositivos Los equipos eltktricos adecuados para uso en exteriores son probados por laboratorios reconocidos de pruebas electricas. Las pruebascomprenden 10 siguiente: (1) capacidad de los materiales usados y los revestimiento protectores para exposicion al sol, lluvia y nieve, (2) efectos del ealor y el frio, y (3) requisitos de conexi6n a tierra. El termino a prueba de lluvia, como se usa en elNEC, se aplica a equipos que, al estar expuestos al golpeteo de la lIuvia, todavia funcionan exitosamente. Los equip os a prueba de lIuvia, estancos ala lluvia 0 impermeables pueden llenar los requisitos para equipos a prueba de intemperie cuando condiciones variables del c1ima diferentes a la humedad, por ejemplo nieve, hielo, polvo 0 temperaturas extremas no son un factor.

Avisos Electricose lIuminaci6n de Contorno Los avisos electricos e iluminaci6n de contomo, sean fijos, moviles 0 portatiles, requieren estar listados.Con excepci6n de avisos portatiles interiores, los equipos para avisos e iluminaci6n de contomo generalmente estan construidos de metal y otto material incombustible. El espacio entre la madera u otros materiales combustibles y una lampara 0 portalamparas incandescente o de descarga de alta intensidad (HID) no debe ser menor de 50 mm (2 pulg.). Las cajas para uso en exteriores deben ser a prueba de intemperie. Los sistemas de avisos e iluminacion de contomo deben estar construidos e instalados de maneraque los materiales combustibles adyacentes no esten sujetos a temperatura mayor de 90°C (194QF). Todas las piezas de acero de las cajas deben ser galvanizadas 0 de 10 contrario protegidas contra la corrosi6n. Los avisos, canaletas, cajas de terminales de tubos, y otras estructuras de metal deben estar conectados a tierra de la forma especificada en el NEC. Todos los avisos electric os (que no sean conectados con

cordon) y todas las instalaciones de iluminacion de contomo deben estar controlados por un interrUptor 0 cortacircuito operable extemamente (manija en la parte exterior de la caja del interruptor), que abra todos los conductores no conectados a tierra. El interruptor 0 cortacircuitos deben estar visibles desde la instalaci6n del aviso 0 iluminaci6n de contomo a menos que se pueda dejar fijado en posicion abierta. Los avisos electricos exteriores portitiles deben estar equipados con proteccion GFCI instalada en la fabrica. El GFCI debe formar parte integral del enGhufe deconexion 0 situado en el cord6n de suministro de energia dentro de 300 mID (12 pulg.) del enchufe de conexi6n.

Cercas Electricas Las cercas de alambre con conexiones electricas para producir choque cuando los animales entran en contacto con ellas se usan mucho en las granjas. Para evitar riesgos para personas y ganado, la corriente y el intervalo durante el cualla corriente esti prendida 0 apagada deben limitarse a valores que no vayan a causar muerte 0 lesiones a personas 0 animales, pero que causen una sensacion desagradable de choque. Pueden suceder muertes e incendios de de fabricacion.casera alimentados por circuitos de iluminacion comunes. El voltaje del circuito abierto no necesita limitarse si la corriente esta limitada debidamente. Los Boletines de Investigacion de UL Nos. 14 y UL 69, Standard for Safety Electric-Fence Controllers (Norma para Controladores de Cercas Electricas de Seguridad) ofrecen informacion detallada sobre estas instalaciones. Las caracteristicas de salida de algunos controladores son tales que el material combustible puede incendiarse facilmente cuando un objeto ~onectado a tierra ocupa una posicion con respecto a la cerca energizada que produzca un arco electrico. Para protegerse contra incendios por esta causa, los usuarios deberian determinar si el conrolador ha side disefiado y probado para este riesgo. Los controladores para cercas electricas listados de acuerdo con los re quisitos de UL 69 han sido probados para esto.

Marinas y Patios para Botes EI cableado en marinas y patios para botes presenta problemas especiales de los equipos electric os de exteriores, que estin cubiertos en elArtic~.llo 55 delNEC Los equipos de servicio electrico para muelles flotantes 0 embarcaderos deben estar situados enseguida, pero no encima 0 dentro de la estructura flotante. No se debe depender je canales Yo cajas de metal para la instalaci6n a tierra; se debe proveer un ~onductor de cobre aislado, .de no menDs de 12 AWG como conductor de conexi6n a tierra del equipo desde las cajas de salida y tomacorrientes a la conexi6n a tierra. Los equipos y cableados electricos en estaciones de servicio de gasolina deben seguir las estipulaciones del Articulo 514 del NEC y la ~FPA30A, Codefor Motor Fuel Dispensing Facilities and Re~air Garages (C6digo para Instalaciones de Servicio de Combustible y Talleres de Reparacion). Los cableados por encima J bajo aguas navegables deberian estar sujetos a la aprobaci6n de la autoridad competente.

CAPiTULO 1 •

LUG ARES EXPUESTOS A HUMEDAD Y POLVOS NO COMBUSTIBLES Se requieren equipos el6ctricos especiaJes para usar donde podria haber humedad y polvos no combustibles, Durante rulos, el NEC mencionaba estos equipos como "henn6ticos a los vapores" (vaportight), pero este rennino se elimin6 del NEC debido a la confusi6n en el campo entre equipos asi llamados y los equipos "a pmeba de explosi6n" (explosionprooj), Muchos usuarios suponian que los equipos henneticos a los vapores eran seguros para uso en atm6sferas que contenfan gases 0 vapores inflamables (Lugares ClaseI),polvoscombustioles,(lugares Clase Il),ofibras 0 particulas facilmente combustibles (lugares Clase III), Para evitar este tipo de malentendidos se desarroll6 el t6rminocerrado y empaquetado para este tipo de equipos, Algunas autoridades de inspeccion penniten luminarias (artefactos de alumbrado) cerradas y empaquetadas en lugares Clase I, Division 2; Clase II, Divisi6n 2; y Clase III, Divisiones 1 y 2, cuando estan marcados para mostrar la temperatura de operaci6n y vataje maximo de las lamparas pennitidas, El NEC estipula que las luminarias (artefactos de alumbrado) esten marcadas para uso en lugares hlimedos y mojados cuando se usan as!.

SISTEMAS DE SENALES Y COMUNICACIONES Los sistemas de comunicaciones, incluyendo telefonos, telegrafo, alarmas de incendios y alarrnas anti-hurto, sistemas de vigilancia y supervision de rociadores, operan con bajos voltajes y corrientes y, si se mantienen libres de contactos accidentales con sistemas de voltajes mas altos, no presentan riesgos inusuales, Sin embargo, hay requisitos del NEC para el cableado de estos sistemas 8i el cableado esta en un conducto, pleno u otro espacio para aire ambiental, debido al riesgo de diserninar productos de la combusti6n de un lugar a otro, Tambien hay requisitos del NEC para la .separaci6n de otros sistemas como circuitos de alumbrado y energia, para minimizar la imposici6n de voltajes y corrientes altos en los equipos de comunicaciones y conductores, Cuando se penetran paredes, pisos 0 ciele rasos con c1asificaci6n ignifuga, se debe mantener la iritegridad del conjunto de la estmctura por medio del sellado adecuado alrededor de los cables para evitar la propagaci6n del fuego 0 humo, Los sistemas de alanna contra incendio estan clasificados como sin potencia limitada 0 de potencia limitada, Los cables sin potencia limitada (NPLFAs) deben estar marcados y listados como ~PLFP, cuando se instalan en espacios usados para aire ambiental; cuando se usan en ductos de subida de un cuando son usados para propiso a otro 0 en fosos; y positos generales que no sean bajantes, ductos, plenos 0 espacios para manejo de aire medioambientaL Los sistemas de potencia . limitada (PLFAs) deben estar identificados y listados con las siFPLR y FPL; estas son similares a las de guientes marcas: los cables sin limite de potencia. Los sistemas de senales y comunicaciones deben instalarse de acuerdo con los Articulos 760 y 800 del NEG, y laNFPA

Equipos y artefactos electricos

4-31

72®, National Fire Alarm Code®, que cubre cableados yequipos adecuados para servicios de alanna de incendios, La NFPA 72 tiene referencias cmzadas con el NEe. Se pueden usar circuitos de comunicacion te1ef6nica para compietar los circuitos de protecci6n contra incendios entre las instalaciones protegidas y los centros de alalma de incendios,

SISTEMAS DE EMERGENCIA En el Articulo 700 del NEC se establecen los requisitos para instalacion, operacion ymantenimientos decircuitos y equiposde sistemas de emergencia, Estos sistemas tienen por objeto proveer iluminaci6n y energia cuando la fuente nonnal falla. Generalmente se instalan en lugares de reunion donde se requiere luz artificial, como auditorios, teatros, escenarios deportivos, etc" ocupados por gran nfunero de personas (Figuras 4,1.29 y 4.1.30), En la Figura 4.1,29 las lineas gmesas representan paredes que los c6digos locales de constmccion estipulan deben ser de constmccion ignifuga, Las lineas delgadas representan paredes que los codigos locales de construcci6n no estipulan como ignffugas, Los sistemas 0 equipos desuplencia requeridospor la ley instalados para servir cargas como las de equipos de calefaccion y refrigeracion, comunicaciones, ventilaci6n y extracci6n de humo, e1iminadon de aguas residuales, sistemas de alumbrado y procesos industriales, que al pararse durante la interrupcion del suministro electrico nonnal podrian crear riesgos u obstaculizar las operaciones de rescate 0 combate de incendios, estan cubiertos en el Articulo 701 del NEe. La NFPA 110, Standard for Emergency and Standby Power Systems (Nonna para Sistemas de Energia de Emergencia y de Reserva), cubren los requisitos de desempefio de estos sistemas, La NFPA I01®, Lifo Safety Code® (C6digo de Seguridad Humana), especifica donde se considera esencial para la seguridad de vida la iluminacion de emergencia, La NFPA 99 establece los factores minimos de diseno, operacion y mantenimiente de aquellas partes de los sistemas eleetricos de instalaciones de cuidado de la salud donde cualquier grado de interrupci6n podrfa poner en peligro el cuidado eficiente y seguro de paCientes hospitalizados, Las provisiones de la ~PA 99 no substituyen las recomendaciones de la NFPA 1010 el las cuales limitan el usode fuentes altemativas de energla e16ctrica de uso permitido para asegurar la continuidad de la energia electrica en instalaciones para el cui dado de la salud. La NFPA 99 reconoce la dependencfu cada vez mayor que se esta dando en aparatos electricos para la preservacion de la vida de pacientes llOspitalizados y sirve de guia para la selecci6nde servicios electricos para suministro de emergencia a todos los equipos de iluminaci6n y energia considerados esenciales, y para su diseno y mantenimiento en instalaciones del cuidado de la salud, Seproveen dispositivos de sefiales audibles y visuales, cuando son convenientes, para: (1) advertir sobre avena de las fuentede emergencia, (2) indicar que la baterfa 0 generador esta Hevando carga, (3) indicar cuando el cargador de la bateria esta funcionando correctamente, y (4)indicar una faHa de conexi6n a tierra en sistemas grandes de 480Y1277 voltios.

4-32 SECCION 4 • Prevenci6n de incendios

Los circuitos de iluminaci6n de emergencia no deben alimentar artefactos 0 lamparas que no sean las requeridas para usa de emergencia. Un buen sistema de iluminaci6n de emergencia esta disefiado de manera que la faHa de cualquier elemento individual de iluminaci6n, tales como una bombilla fundida, no pueda dejar Dingun espacio totalmente a oscuras. El cableado del circuito de iluminaci6n de emergencia es independiente de todos los otros cableados y equipos y no debe entrar en el rnismo ducto, cable, caja 0 gabinetecon otros cables excepto en conmutadores de transferencia y en accesorios de alumbrado alimentando desde ambas fuentes, la normal y la de em.ergenc ia. No se permite que un conmutador de transferencia que alimenta energia de emergencia suministre tambien las cargas normales. Las cargas que no sean cargas de emergencia deben ser alimentadas desde otro conmutador de transferencia. Es una buena pnictica probar todo el sistema en el momenta de su instalacion y posteriormente en forma peri6dica para asegurarse que se mantenga en condiciones de operaci6n adecuadas. Se debe llevar un registro escrito de estas pruebas y mantenimiento.

PROBLEMAS ELECTRICOS DE OCUPACIONES ESPECIALES Los lugares peligrosos (clasificados) y otros problemas especiales requieren atencion individual para los cuales el NEC tiene recomendaciones especificas.

Lugares Peligrosos (Clasificados) - General El NEC reconoce un metodo adicional de clasificacion de lugares peligrosos. Este metodousa zonas consistentes con las reglas de la Comision Electrotecnica Internacional (International Electrotechnical Commission, lEe). El metodo esta descrito en el Articulo 505 del NEC. La energia electrica para alumbrado, motores, reguladores e instrumentacion, junto con sus correspondientes cableados, es necesaria 0 deseable en muchos lugares peligrosos. Debido a la presencia de liquidos inflamables, gases, vapores, polvos combustibles 0 fibras de facil combusti6n 0 particulas aereas (flyings) en estas areas, son necesarios equipos electricos y metodos de cableado especiales para evitar la ignicion y reducir al minimo la ocurrencia de incendios y explosiones. Liquido inflamable, en 10 que respecta al Articulo 500 del NEC, se defme como: "Un llquido con un punto de inflamacion por debajo de 37,8 aC (looaF) y con presion de vapor no mayor de 40 psia a 37,8°C (100°F) se denominani liquido Clase L" Aparato a prueba de exp16siones se defme en e1 NEC como: "Aparato encerrado en un caja 0 cubierta capaz de resistir Ia explosion de determinado gas 0 vapor que pudiese ocurrir en su interior y de evitar la ignicion de un gas 0 vapor especifico que rodee la caja con chispas, destellos 0 explosion del gas 0 vapor en su interior, y que opera a una temperatura extema tal que una atmosfera inflamable que 10 rodee no se inflamaria por esta."

En el Articulo 500 del NEC, los lugares peligrosos (clasificados) estan divididos en tres clases dependiendo de la clase de material peligroso involucrado; cada clase se subdivide a su vez en dos divisiones de acuerdo a la posibilidad del peligro potencial existente. Para fines de prueba para aprobacion y clasificaci6n de area, diferentes mezclas de aire (no enriquecidas con oxigeno) han sido agrupadas basadas en sus caracteristicas. Los grupos se hluestran en 1a Tablas 4.1.9 a 4.1.12 I estadisticas de la Seccion500.3 delNECyTablasde laNFPA497,Recommended Practice for the Classification ofFlammable Liquids, Gases, or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas}. Para materiales de los GruposA,B, C y Dcon puntosde inflamaci6n de 38°C (IOOCF) y mayores, ver NFPA 497. Para una tabla mas completa de polvos del Grupo G e informacion sobre polvos del GrupoE, ver Tabla 4.1.9 y NFPA 497. La temperatura de ignicion de una substancia Hquida, solida o gaseosa es la temperatura minima requerida para iniciar 0 causar combustion allto-sostenida, independiente del elemento calefactor 0 caliente. El punta de inflamaci6n y la temperatura de ignicion no son los rnismos, y el punto de inflamacion siempre es menor que la ttemperatura de ignicion. Como no ha:r relacion consistente entre las propiedades de explosion, presi6n de explosion, separacion maxima segura, energia minima cle ignicion, y temperatura de ignicion, los requisitos de prueha para grupos y clases son independientes. Las marcas Cie temperatura de operacion especificadas en 1a Tabla 4.1.13 no dleben ser mayores que la temperatura de ignicion del gas 0 yapor especificos que se van a encontrar. Para informacion sobre temperaturas de ignicion de gases y Yapores, ver Tabla 4. I NFPA 497, YNFPA Fire Protection Guide to Hazardous Materials (Guia de la NFPA para Proteccion de Incendios de Materiales Peligrosos)

Clases en Divisiones de Lugares Peligrosos las definiciones;ompletas de las varias c1ases y divisiones de lug ares peligrosot3 (clasificados) y metodos de cableado y tipos

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Lo,,,"

0

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~--~~-T~ ~-~----~,co",oo,j,,~ ",,;60

Almacenamiento Lavabo ,

Lugar de reunion

Lugar de reunion

~bO ,

Area de oficina

FIGURA 4.1.29 Paredes en lugares de reunion que requieren

(Iineas gruesas) y que no requieren (lineas delgadas) construccion ignffuga segc.n los cOdigos locales de construcci6n tfpicos.

CAPiTULO 1 •

Equipos y artefactos electricos

4-33

Alimentaci6n de corriente alterna desde los servicias norrnales

~ Abertura de entrada de aire

/'C::::~: Alimentaci6n del servicia normal

Cortocirruitos montado en e l generador Amortiguamiento de vibraciones

Baterias

FIGURA 4.1.30 Instalaci6n tipica de un generador de reserva con motor diesel como se usaria para sistemas de iluminaci6n yenergfa de emergencia.

de equipos electricos a usar con cada una estan cubiertas detalladamente en e1 NEG. Las reglas aplicables especfficamente a garajes hangares para aviones, instalaciones de servicio de plantas de almacenarniento a granel, procesos de acabados y areas de instalaciones de cuidado de la salud que contienen anestesicos inflamables tambien estan cubiertas en el NEG. Clase I, Division 1. Esta incluye lugares en los cuales (I) puedt';n existir cQIlcentraciones inflamables de gases 0 vllPonis inflamables en condiciones normales de operacion, (2) frecuentemente pueden existir concentraciones inflamables de estos gases 0 vapores debido a operaciones de reparacion y mantenimiento 0 fugas, 0 (3) el dafio u operacion defectuosa de equipos 0 procesos podrian liberar concentraciones inflamables de gases 0 vapores, y podrfa tambien provo car la fana sirnultanea de equipos e1ectricos de manera tal que directamente el equipo se convierta en fuente de ignicion. Los motores y otras maquinarias electricas rotativas, luminarias (accesorios de alumbrado), la mayoria de interruptores, cortacircuitos y equipos electricos similares en estos lugares deben ser de tipo a prueba de explosion 0 del tipo purgado aprobado para lugares Clase I del grupo apropiado NFPA 496, Standard for Purged and Pressurized Enclosures for Electrical Equipment (Norma para Recintos Purgados y Presurizados para Equipos EIectricos)] (Figuras 4.1.31, 4.1.32 Y TambieD pueden usarse equipos y circuitos intrinsecamente seguros aprobados . Estos se limitan generalmente a sistemas de control, sefiales e instrumentacion de baja energia.

Clase I, Division 2. Esta inc1uye lugares (I) donde se manejan, procesan 0 usan liquidos infIamables volatiles 0 gases infIamables, pero donde los liquidos, vapores 0 gases normalmente estan encerrados dentro de recipientes cerrados 0 cerrados de los euales pueden eseapar solamente en caso de IOtura 0 dana accidental de estos recipientes 0 equipos, 0 en caso de operacion anormal de los equipos; (2) donde normalmente se evitan eoncentraciones infIamables de gases 0 vapores por medio de ventilacion Dlecanicapositiva,y 9.11epodrianvolv~rse peligrosos por la falla U operaci6n anormal del equipo de ventilaci6n; 0(3) que estan adyaeentes a lugares de Clase I, Division 1, y a los que podrfan transmitirse eoneentraeiones infIamables de gases 0 vapores a menos que esa transmisi6n se impida con ventilaci6n de presi6n positiva adecuada desde un.a fuente de aire limpio, y se provean salvagnardias efectivas contra fallas de ventilacion. En general, los tipos comunes de motores sin escobillas, mecanismos de comnutacion, etc., pueden instalarse en estos pero motores sin contactos corredizos, res, etc., deben :ener los inteJTuptores en un recinto a prueba de explosiones u de otro tipo aprobados para lugares de Clase I, Divisi6n 2. Las lamparas que operan a temperaturas por encima de la de ignicion del gas 0 vapor involucrado deben tener recintos a prueba de explosiones 0 purgados aprobados. Las piezas situadas donde chispas 0 metal caliente de lamparas IOtas poddan incendiar concentraciones de gases inflamables 10ealizadas debajo de un lugar de Division 2 tambien deben tener recintos adecuados. Los interruptores, eortacireuitos, reguladores y otros dispositivos que forman areos 0 ehispas y que tienen

~34

SECCION 4 III Prevenci6n de incendios

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el fin de interrumpir la energia que pueden incendiarse en operaciones nonnales deben ser a prueba de explosiones, tener sus contactos en camaras selladas hermeticamente, 0 tener los COl1tactos sumergidos en aceite. Los recintos para equipos electricos que no interrumpen 1a energia de posible ignicion 0 presentan una fuente de ignicion en condiciones normales pueden ser de tipo de uso general. Las h\mparas portitiles deb en se del tipo satisfactorio para uso en un lugar de Clase J, Divisi6n 1. Clase I1,Division 1. Esta incluye lugares: (1) donde haypolvo combustible en el aire en condiciones norruales de operacion en cantidades suficientes para producir mezclas explosivaso combustibles; (2) dande la falla mecariica u openiCiol1.anonnalQe maquinaria 0 equipos pudieran producir estas mezclas .explosivas 0 combustibles, y tambien podria pro veer una fuentede ignicion por la falla simultfmea del equipo electrico, operacion de dispositivos de proteccion 0 porotras causas; 0(3) donde pude haber presencia de polvos combustibles conductores de electricidad en cantidades pe1igrosas. Los motores deben ser de tipo encerrado y aprobados como a prueba de ignici6n de polvos para los lugares adecuados de Clase II. Las luminarias (accesorios de alumbrado), interruptores, cortacircuitos, regu1adores y fusibles que tienen por objeto interrumpir la corriente en la operacion normal deb en proveerse con encierros a prueba de ignici6n de polvos aprobados para los lugares Clase II correspondientes. Las temperaturas maximas de superficie de equipos en Jugares Clase II en condiciones reales de operacion no deben exceder la temperatura de ignici6n del polvo. Ver Tablas 4.1.1 0 a 4.1.12 para informaci6n sobre temperaturas de ignicion de polvos. Para informaci6n adicional, ver NFPA 497. Clase II, Division 2. Esta incluye lugares: (1) donde normalmente no hay polvo combustible en el aire en cantidades suficientes para producir mezclas explosivas 0 combustibles, y las acumulaciones de polvo nonnalmente son insuficientes para interferir con la operacion normal de equipos electricos u otros aparatos, pero el polvo combustible puede estar en suspensi6n en el aire como consecuencia de averias 0 manejo inadecuado infrecuente del equipo 0 proceso; y (2) cuando las acumulaciones de polvo combustible sobre el equipo electrico 0 en su vecindad pueden ser suficientes para interferir con la disipacion seguradeI calor procedente del equipo electrico opueden ser combustible por la operaci6n anormal 0 faHa del equipo electrico. En general, los motores totalmente encerrados son adecuados. Bajos ciertas condiciones, en muchos de estos lugares se pueden usar motores estandar de tipo abierto sin contactos deslizantes, interruptores, etc. Las lamparas yportalimparas fijas deben tenercerramientos 0 cajas disefiados para minimizar e1 deposito de polvo y evitar el escape de chispas, material incendiado 0 metal caliente. Los interruptores, cortacircuitos, reguladores y fusibles deben proveerse con cenamientos hermetico al polvo. Los limites de temperatura de Divisi6n 1 tambien aplican a los lugares de Di.. , ,., VlSlon ~.

=

Clase III, Division 1. Esta incluye lugares donde se manejan, fabrican 0 usan fibras 0 materiales de facil combusti6n que producen particulas aereas combustibles (combustible flyings). Generalmente, los motores en estos lugares debenser detipo

TABLA 4.1.9 Clasificaci6n de grupo y temperatura de autoignidon (AI7J de gases inflamables y vapores de /iquidos seleccionados con puntos de inflamaci6n por debajo de 87.8°C (1 GOoF) AIT Material Acetaldehido Acetona Acetonitrilo Acetileno Acroleina (inhibido)b AcrilQnitrilo . Alfonol· alnico Cloruro de alilo Amoniaco Acetato de n-amdo Acetatode sec-amilo Benceno 1 ,3-Butadieno b Butano 1-Butanol 2-Butanol Acetato de n-butilo iso-Butil acetato Acetato de butilo-sec Butilamina Butileno Butll mercaptano n-Butiraldehido Disulfuro de carb,ono d Monoxido de carbono Clorobenceno Cloropreno Crotonaldehfdo Ciclohexano Ciclohexeno Ciclopropano 1 ,1-Dicloroetano 1,2-DicloroetilenCi 1,3-Dicloropropano Diciclopentadieno Eter dietilico Dietilamina Di-isobutileno Di-isopropilamina . Dimetilamina 1 A-Dioxano Di-n-propilamina Epiclorhidrina Etano Etanol Acetato de etilo Acrilato de etilo (i1hibido) Etilamina Etil benceno ClOTure de etilo Etileno Etilendiamina Dicloruro de etileno

ence-

C"

De

0 A" B (C)" 0"

ca

0 Dape 0 0

De

B (D)"

De DB DB

Da

De

0 0 0 C Ca

Ca 0 0

Ce 0 0

De

0 0 0 C Ca

Ca DB

C C C C C" 0"

DB Da De

0" 0 0

Ca De De Ca

a

347 869 975 581 455 898 713 905 928 680

175 465 524 305 235 481 .378 485 498 360

1040 788 550 650 761 790 790

560 420 288 343 405 421 421

594 725

312 385

425 194 1128 1099

218 90 609 593

450 473 471 938 820 860

232 245 244 503 438 460

937 320 594 736 600 752 356 570 772 882 685 800 702 725 810 966 842 725 775 608

503 160 312 391 316 400 180 299 411 472 363 427 372 385 432 519 450 385 413 320

CAPITULO 1 •

TABLA 4.1.9

Equipos yartefactos e/ectricos

4-35

Continuacion AIT

Etilenimida 0Xid6deelilenob Formiato de etilo Etilmercaptano n-Etilmoriolina Formaldehido (gas) Gasolina Heptano Hepteno Bexana 2-Hexanona Hexeno Hidr6geno Cianuro de hidr6geno Seleniuro de hidr6geno Sulfuro de hidr6geno Acetato de isoamilo Alcohol isoamilico Acrilato de isobutilo Isobutiraldehfdo Isopreno Acetato de isopropilo Isopropilamina Eter isopropilico Isopropil glicidil Gas licuado de petr61eo Gas fabricado (mas de 30% H2 por voumen) Oxido de mesitilo Metano Metanol Acetato de metilo Metilacetileno Metilacetileno.. propadieno (estabilizado) Acrilato de metilo Metilamina Me'tilciclohexano Eter metilico MetH etil cetona Metil eormal

AIT

Gruj20

of

°C

B (C)B

804 851 572

429 455 300

B

795 536--880 399

0

500

429 280-.471 204 260 225 424 245 400 538

0 C· C

OB OB

OB 0 0

Ba C" C

CB 0 0 0 C

DB

0 0

DB

437 795 473 752 1000 500 680 662 800 385 743 860 756 830

260 360 350 427 196 395 460 402 443

761-842

405-.450

652 999 725 850

344 537 385 454

C

0

Ba DEl DEl DB 0

CB C

0 0 0 C"

oa

Ca

0

875 806 482 662 759 460 840

468 430 250 350 404 238 449

Formiato de metilo Metil isobutenll cetona Isocianato de metilo Metilmercaptano Metacrilato de metilo 2-Metil-1-propanol 2cMetil-2-propanol Monometilhidrazina Nafta (petr6Ieo)e l"Jrrroetano Nitrometano Nonano Noneno Octano Octeno Pentano 1-Pentanol 2-Pentanona 1-Penteno Propano 1·Propanol 2·Propan61 Propionaldehido Acetato de n-propilo Propileno Oicloruro de propileno Oxido de propdeno b Eter de n-propi/o Nitrato de propilo Piridina Estireno Tetrahidrofurano To/ueno Trietilamina Tripropilamina Trementina Dimetilhidrazina asimetrica (JDMH) Va/erila/dehfdo Acetato de vini/o C/oruro de vinl10 C/oruro de vintlideno Xi/eno

Grupo

of

°C

Os

840 994

440 534

792 780 892 382 550 778 785 401

422 416 478 194 -288 414 418 205

403 446 470 572 846 527 842 775 750 405 842 851 1035 840 419 347 900 914 610 896

206 230 243 300 452 275 450 413 399 207 450 455 557 449 215 175 482 490 321 480

488 480

253 249

432 756 882 1058 867-984

.222 402 472 570 464---529

0 C

D OB OB C

Da C C

D 0

oa 0

Os Oa 0 0

Oa Oil OB

C

D DB D B (C)" Ca Ba oa DB C il OB CB 0

D Ca C

Da oa 0

DB

"Material clasificado por prueba. bSi el equipo esta aislado sellando todo el conducto (tamano comercial) de 'h pulg. 0 mas, de acuerdo con Seccion 501.5(A) del NEC, se permite equipo para la clasificaci6n de grupoque aparece entre parentesis. cPara clasificacion de areas que involucrari· amonfaco, ver ANSI/ASHRAE 15, Safety Code for Mechanical Refrigeration, y ANSI/CGA G2.1, Safety Requirements for the Storage and Handling of Anhydrous Ammonia.

dCiertos quimicos pueden tener caracteristicas que requieren seguridades adicionales a las requeridas para cualquiera de losgrupos arriba Indicados. EI disulfuro de carbono es uno de estos quimicos debido a su baja temperatura je autoignicion y el pequeno espacio de uniones para impedir la propagaci6n de sus llamas. ela nafta petroleo es una mezcla de hidrocarburo saturada cuyo margen de ebullici6n es de 20°C a 125°C (B8 e F a 274°F). Tambien se conoce como bencina, ligroina, eterde petr61eo y nafta. Fuentes: NFPA 497, Recommended Practice for the Classification of Flammable Liquids, Gases, of Vapor and of Hazardous (Classified) Locations tor Electrical Installations in Chemical Process Areas. Las temperaturas de autoignici6n listadas arriba son el valor mas bajo para cada material relacionados por NFPA en Fire Protection Guide for Hazardous Materials, que originalmente fue la NFPA 325, Guide to Fire Hazard Properties of Flammable Liquids, Gases, and Volatile Solids, 0 como se reporta en el articulo por C.J. Hilado, y S.W. Clark, en "Chemical Engineering", septiembre 4, 1972. la N FPA 325 fue retirada olicialmente de C6digos Nacionales de IncendioS®, la informacion todavfa esta disponible en el National Fire Protection GOide to Hazardous Materials de la N FPA.

4-36

SECCION 4 •

Prevenci6n de incendios

"---~=_~----=-o=-~""'"

TA~LA

4.1.1 0 Polvos no conductores seleccionados clasifica . .. 0,2, gravedad de explosion igual 0 mayor que 0,5 dos como grupo G - Sensibilidad a la ignicion igual a mayor que Temperatura minima de ignicion de nube o capaa

Temperatura minima dEl ignicion de nube 0

of Polvos Agrfcolas Harina de alfalfa Celulosa Canela Cacao, natural, 19% grasa Maiz Arenilla de mazorca Dextrina de maiz Maicena, comercial Corcho Harina de Semilla de algodon Ajo deshidratado Cebada de malta Leche descremada Almidon de papa, dextrinado Arroz Salvado de arroz Cascara de arroz Safflower meal Harina de soya Proteina de soya Sacarosa Azucar pulverizada Trigo Harina de trigo Almidon de trigo Paja de trigo Corteza de madera, molida Harina de madera Levadura, torula Qu'micos Acetoacetanilide ~cido adipico Acido antranflico Acido acelaico ~,2-Azo-bis-butyronitrile

Acido benzoico Benzotriazol Bisfenol-A Chloroacetoacetanilida Ftalato de dialilo Acido Dihidroacetico Isoftalato de dimetilo Tereftalato de dimetilo 3,5-Acido Dinitrobenzoic Difenilo ~til hidroxietil celulosa Acido fumarico Hexametileno tetramine Hidroxietil celulosa Anhidrido isotoieo Parafenileno diamina

OF

°C

°C

Qufmicos (continuacion) 392 500 446 464 482 464 698 626 410 392 680 482 392 824 428 914 428 410 374 500 662 698 428 680 716 428 482 500 500 824 1022 1076 1130 662 824 824 1058 1184 896 806 1076 1058 860 1166 734 968 770 770 1292 1148

200 260

230

NL

NL NL

CI CI

NL

M M M M

M M M M NL M M NL M NL M S NL NL M

240 250 240 370 330 210 200 360 250 200 440 220 490 220 210 190 260 350 370 220 360 380 220 250 260 260 440 550 580 610 350 440 440 570 640 480 430 580 570 460 630

390 520 410 410 700 620

Acido paraterciario butyl benzoico Pentaeritrita Anhidrido Mlico Salicilanilida Acido sorbico Acido estearico, sal de aluminio Acido estearico, sal de zinc Sulfuro Acido tereftalico Drogas Aspirina Gulasonic acid, diacetona Manitol I-Sorbosa Vitamina B1, mononitrato Vitamina C (acido ascorbico) Tintes, Pigmentos, Intermedios Green base harmon dye Tinte rojo intermedio Tinte violeta 200 Pesticidas Crag No. 974 Dieldrin (20%) Dithane Ferban Manganese vancide Sevin Resinas Termoph3sticas y Compuestos para Moldeado Resinas de acetal Ace~al, linear (poliformadehfdo) Resmas acrflicas Acriiamida polimero Acrilonitrilo polimero Acrilonitrilo-vinilo Chloride-vinylidene c/om,ro copolfmero (70-20-10) Metacnlato de metilo polimero Metacrilato de metilo-etH acrilato copolfmero Metacrilato de meti/o-etil acrilatoestireno copolfmero Metacrilato de metiloestirenobutadiefloacrilonitrilo copoffmero Methacrylic acid polymer Resinas de celulosa Acetato de celulosa Triacetato de celwosa Acetato de celulosa butirato

1040 752 1202 1130 860 572 950 428 1256 1220 788 860 698 680 536

M M M M

560 400 650 610

460 M

300 510 220

NL

680

M NL M M NL

660 420 460 370 360 280 175 175 175

347 347 347 590 1022 356 302 248 284

CI NL

310 550 180 150 120 140

824

NL

440

464 860 410

240 460 210

824 896

NL NL

440 480

824

NL

440

896

NL

480

554 644 806 698

290

NL NL

340 430 370

CAPiTULO 1 •

Equipos yartefactos e/ectricos

4-37

=~.~

TABLA 4.1.10

Continuaci6n Temperatura minima de igniclon de nube o capa" OF

Resinas Termoplasticas y Compuestos para Moldeado (continuBci6n) Resinas de nylon (poliamido) Polfmero de nylon (poliHexametiieno'adipamida) Resinas de policarbonato Policarbonato Resinas de polietileno Polietileno, proceso de alta presi6n Polietileno, proeeso de baja presion Cera de polietileno Resinas de polimetileno Carboxi polimetileno Resinas de pOlipropileno Polipropileno (no antioxidante) Resinas de rayon Rayon (viscose) flock Resinas de estireno Compuesto de poliestireno para moldeado Latex de poliestireno Estireno-acrilonitrilo (70-30) Latex estireno-butadieno (>75% estireno; alumbre coagulado) Resinas de vinilo Acetato de polivinilo Acetato/alcohol polivinilico Cloruro-acrilonitrilo de vinilo copolfmero

°C

806

1310

430

NL

716

710 380

788

NL

420

752

NL

400

968

NL

520

788

NL

420

482 1040 932 932 824

1022 824 878

250 NL NL NL

NL

560 500 500 440

550 440 470

Temperatura minima de ignicion de nube ocapaa

of

°C

Viniltolueno-acrilonitrilo NL 530 936 Butadieno copolimero Resinas de alilo Alcohol alilico derivado (CR-39) 932 NL 500 Aminoresinas tJreaiormaldel1ido compuesto" ····'··136()-·~NL ~·"""LJ60 para moldeado 464 Urea formaldehido-fenol Formalde240 hido'compuesto para moldeado (masilla de harina de madera) Reslnas epoxido 1004 NL 540 Epoxido Epoxi-bisfenol A 950 NL 510 Resinas fen61icas Fenol formaldehido 1076 NL 580 NL Fenol formaldehido Molding 932 500 compound (wood flour filler) Resinas de poliester 932 !'-IL 500 Terefialato de polietileno Styrene modified polyester680 360 glass fiber mixture Resinas de :ooliuretano Espuma de ooliuretano, 824 440 no resistente al fuego Resinas Especiales y Componenltes para Moldeado 662 NL 350 6xido de etileno polimero NL 540 Copoifmero de' etileno-anhidrido 1004 maleico 932 500 Resina de petroleo (asfalto de soplado) NL Caucho, crudo, duro 662 350 NL 320 Caucho, sintetlco, duro (33% 608

8Normalmente, latemperatura de ignicionde una capa de un polvo especffico es menor {jue la-temperatura minima de igniei6n ue una nube de ese polvo. Como esto no es universalmente eierto, se ha listado la menor de las dos temperaturas minimas de ignici6n. SI no apareee un simboloentre las dos columnas de temperaturas, se muestra la temperatura de ignicion menor. Notas: "Gin slgnifiea que se muestra la temperatura de ignici6n de nube. "NL "significa que no hay temperatura de ignici6nde eapa ; disponible y se muestra la temperatura de ignicion de nube; M: la capa de polvo se derrite antes de incendiarse, yse muestra la temperatura de ignicion de nube; S: la capa de polvo se sublima antes de incendiarse, y se muestra la temperatura de igniei6n de nube

rrado con excepci6n de que, cuando hay presentes solamente acumulaciones moderadas de pelusa y el mantenimiento y limpieza son satisfactorios, podria instalarse maquinaria textiles de jaula de ardilla, autolimpiante 0 motores estandar de tipo abierto sin eontactos deslizantes, interruptores, etc. Las lamparas y portaLlmparas, interrnptores, cortacircuitos, reguladores y fusibles deben ser hermeticos al polvo, Las temperaturas de superficie maximas en condiciones reales de operacion no deben exceder 165°C (329°F) para equipos que no estan sometidos a sobrecargas y 120°C (248°F) para eqlripos como. motores, transformadores de potencia, etc., que podrian estar sobrecargados. Clase III, Division 2. Esta incluye lugares donde se almacenan o manejan fibras de facil combusti6n que no esUin en proccso de

fabricaci6n. Les motores deben ser de tipo encerrado. Las lamparas, portalamparas, intermptores, cortacircuitos, reguladores y fusibles deben tener encierros similares a los especificados para lugares Clase III, Division 1. Los limites de temperatura de Divisi6n 1 aplicar: tambien a los lugares de Divisi6n 2.

Equipos para Uso en Lugares Peligrosos Los equipos para uso en lugares peligrosos (clasificados) Clase 1, Division I, como los define el a veces se conocen como equipos "a prueba de explosiones". Los dos criterios basicos de disefio para aparatos a prueba de explosiones para lugares Clase I son que: (I) resistan explosiones intemas de mezclas inflamables de gas 0 vapor y aire y (2) impidan la propagaci6n de la ex-

4-38

SECCION

4.

Prevenci6nde incendios

TABLA 4.1.11 Polvos carbonaceos seleccionados clasificados como grupo E - Sensibilidad a la ignici6n igual a > que 0,2; gra vedad de explosion igual a > que 0,5

TABLA 4.1.12 Polvos carbonaceos clasificados como grupo F- sensitividad a la ignici6n igual 0> que 0,2; sf]veridad explosiva igual a 0> a 0,5

Tempertatura minima iginic6n de nube 0 Capa b Material

Material a Aluminio, finos atomizados colectados Aluminio, escamaA422 Aleaci6n alu minio-cobalto (60-40) Aleaci6n alu minio-cobre (50-50) Aleaci6n alu minio-litio (15% Li) Aleaci6n alu minio-magnesio (downmetal) Aleaci6n aluminio-niquel (58-42) Aleaci6n alu minio-silicona (12% Si) Bora, comercial-amorfo (85% 8) Siliciuro calcico Cramo, (975) electrolitico, triturado Ferromanganeso, carbona media Ferrasilicona (885, 9% Fe) Ferratitanio (19% Ti, 74.1 % Fe, 0.06%

C) Hierra 98% H2 reducido Hierro 99% carbonilo Magnesio, Grado 8, triturado Manganeso Tantalio Torio, 1.2% 02 Estario, 96%, atomizado (2% Pb) Titanio, 99% Hidruro de titanic (95% Ti, 3.8% H2) Vanadio, 86.4% Hidruro de Circonio (93.6% Zr, 2.1 % H2)

Tempertatura minima iginic6n de nube a Capaa

1022 608 1058 1526 752 806 1004 1238 752 1004 752 554 1472 698 554 590, 806 464 572 - 518 806 626 896 914 518

CI

CI

NL

CI

CI CI CI

550 320 570 ·830 400 430 540 670 400 540 400 290 800 370 290 310 430 240 300 270 430 330 480 490 270

·Ciertos polvos de metal pueden tener caracteristicas que requieren seguridadesademas de las requeridas para atmOsferas que contienen .Ios polvos de aluminjo, magnesio y susaleaciones comerciales. Por ejemplo, los polvos de circonio, torio y uranio tienen lemperaturasde ignicion extremaciamente bajas (hasta de 20°C [68~F]) Y energias.. mfnimas de ignicion menores que cualquier material clasificado encualquiera de 10 sgrupos Clase I 0 Clase II. bNormalmente, la temperatura minima de ignicion de una capa de un polvo especffico es menor que la temperatura minima de ignicion de una nube de ese polvo. Como esto no es universalmente cierto, se ha listado la menor de las dos temperaturas minimas de ignicion. Si no aparece un simbolo entre las dos eolumnas de temperaturas, se muestra la temperatura de ignicion menor. "CI" significa que se muestra la temperatura de ignicion de nube. "NL "significa que no hay temperatura de ignicion de capa disponible y se muestra la temperatura de ignicion de nube. Fuente: NFPA497, Recommended Practices forthe Classification of Flammable Liquids, Gases, or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations . for Electrical Installations in Chemical Process Areas. (Classified) Locations for Electrical Installations in Chemical Process Areas.

plosion intema a la atmosfera inflamable que los rodea. En otras palabras, se reconoce que las mezc1as inflamables de gas 0 vapor yaire circundantes penetran el encierro de estos equipos y existe

Asfalto,(resina de .Jetr6leo soplada) Carb6n vegetal CarbOn de piedra, bituminoso Kentucky Carb6n de piedra, elq:erimental Pittsburgh Carb6n de piedra, Wyoming ... Gilsonita Lignito, California Brea, de carb6n Brea, de petr61eo Esquisto, aceite

950 356 356 --338 932 356 1310 1166

CI

NL NL

510 180 180 170 500 180 710 630

"(Normalmente, la temperatura minima de ignicion de una capa de un palvo especifico es illenor que la temperatura minima de ignicion de una nube de ese palvo. :::omo esto no es universalmente cierto, se ha Iistado la menor de las dos temperaturas minimas de ignicion. Si no aparece un simbolo entre las dos columnas de temperaturas, se muestra la temperatura de igllicion menor. "CI" significa que se muestra la temperatura de ignicion de nube. "NL "significa que no hay temperatura de ignicion de capa disponible y se muestra la temperatura de ignicion de nube. Fuente: NFPA 497. Recommended Practices for the Classification of Flammable Liquids, Gases, or Vapors and of Hazardous (Classified) Locations for Electricallnstal/ations in Chemical Process Areas.

TABLA 4.1.13 Identificacion de la temperatura en numeros Temperatura maxima

OF

°C

842 572 536 500 446 419 392 356 329 320 275 248 212 185

450 300 280 260 230 215 200 180 165 160 135 1201 100 85

Numero de identificaci6n T1 T2 T2A T28 T2C T2D T3 T3A T38 T3C T4 T4A T5 T6

la posibilidad de su ignicion dentro del encierro. Para evitar la propagacion de las llamas a la atmosfera exterior circundante, que podria contener mezc1as inflamables de vapor y aire, los encierros de estos equipos deben: (1) detener las llamas en las uniones U otras aberturas al exterior, (2) ser de suficiente resistencia para aguantar (sin rotura 0 distorsion grave) la presion intema, y (3) asegurarse que la temperatura superficial extema del

CAPiTUL01 •

Equipos yartefactos electricos

4-39

encierro no sea 10 suficientemente alta para incendiar e[ gas 0 vapor circundante. Las diferentes mezclas de gas 0 vapor y aire varian considerablemente en relacion con: (1) la propagacion de las llamas a travesde uniones de estos mecanismos, (2) la presion desarrollada dentro del cerramiento despues de la ignicion, y (3) la temperatura de ignicion de la mezcla de gas 0 vapor y aire. Por 10 tanto, el equipo debe estar probado y listado para uso, y se deben tener en cuenta los diferentes gmpos que aparecen en la Tabla 4.1.9 segUn el caso. Los equipos para USOen lugares peligrosos (clasificados) Clase I tambien deben estar disefiados para operar a carga

. c.QrgQle.t~ £'~~!!2?cs..QsfQ1I!(LrgQ!()I~§,,'iJ!..~puAIe.raI1..s.u.: frir sobrecarga, deben operar en condiciones de sobreearga sin desarrollar temperaturas de superficie mayores que la temperatura de ignicion del gas 0 vapor inflamable con el eual se piensa usar. Como alternativa para motores, controladores, luminarias (aceesorios de alumbrado), interruptores 0 equipos "a prueba de explosion" aprobados para uso en lugares Clase I, se permite usar uno de los dos disenos siguientes: Sistema de Presurizaei6n: El encierro protegido debe recibir mantenimiento co~stante a una presionpositiva de por 10 menos 0.1 pulg de agna Pa) por encima de la atmosfera cir~ cundante durante la operaei6n del equipo protegido y si no se mantiene una'presi6n positiva en el cerramiento protegido, un dispositivo adecuado como un indicador, alarma, cierre 0 interruptor de enc1avamiento debe advertir al usuario para que tome aeci6n 0 debe quitar automatieamente la eorriente del equipo eapaz de incendiarse. El tipo de dispositivo deberia depender del tipo de presurizaci6n usado. Se debe proveer una alarma para indicar la falIa del suministro de gas de proteeei6n para mantener la presi6n requerida. Si se provee equipo presurizado de Tipo X con suministro de gas de protecci6n, no se requiere la alarrna. Los motores electricos requieren por 10 menos 10 volumenes de aire y quemantengan una presi6n intema positiva de par 10 menos 0.1 pulg. de agna (25Pa), para lograr la purga adecuada de los vadas entre bobinados. .

FIGURA 4.1.32 Alumbrado tfpico para el usoen clase I, grupo C y localizaciones de 0 (Fuente: Appleton Electric LLC, EGS Electrical Group)

Solamenle el gas .

enftiado (lncapaz de 19nici6n) puade esalir

Aberlura de union roscada

FIGURA 4.1.31 Principio para equip os '~prueba de explosion n, indican do la contenci6n de gases calientes dentro del encierro.

FIGURA 4.1.33 Panel de tarjeta a prueba de explisi6n (Fuete: Appleton Electric LLC, EGS Electrical Group)

4-40

SECCION

4.

Prevenci6n de incendios

Sistema
puede reducirse ejerciendo ingeniosidad en la distribucion de las instalaciones electricas colocando gran parte de los equipos en areas no peligrosas. La extension de las areas peligrosas esta normalmente definida por los codigos y nonnas sobre el almacenamiento y manejo de liquidos, gases 0 solidos inflamables especificos. Los equipos para uso en lugares peligrosos (c1asificados) Clase II y Clase III presentan un problema algo diferente, porque el equipo esta disefiado para ser a prueba de ignicion de polvo para Clase II, Division I y para algunos lugares de Clase II, Division 2, y para ser hermeticos al polvo 0 totalmente encerrados con cubieI1'cas telescopicas para algunos lugares Clase II, Division 2 y para lugares Clase In. Porlotanto n:o son para resistir explosiones intemas de mezc1as de polvo y aire. Estos equipos se prueban en mezdas especfficas de polvo y aire para deterrninar que 10:5 encierros son a prueba de ignicion por polvo para lugares Clase II y que no se presenta recalentamiento cuando el dispositivo esm cubierto con polvo 0 pelusa y particulas aereas.

Garajes Comerciales (Reparacion

y Almacenamiento) Los requisitos deii Articulo 511 del A'EC aplican a lugares usados para el selyicio y reparacion de automoviles de pasajeros, buses, tractores, camiones, etc., en los cuales se usan liquidos o gases inflamables. La j\FPA 30A, NFPA 88A, Standardfor ParJ...7ng STructures (Nonna para Estructuras de Estacionamiento), y~rPA 88B, Standardfor Repair Garages (Nonnas para Garajes de Reparacion), tambien deberian consultarse en relaciones con c1asificaciones adicionales y recomendaciones de proteccion COJ:l.tra incendios para garajes. Las areas peligrosas (c1asificadas) especificas en estos garajes estan definidas en el_\EC.

Hangares Cuando se guardan 0 da servicio a aviones que contienen gasolina, combustibles para aviones de reaccion u otros liquidos inflamables, las areas peligrosas (c1asificadas) especificas se definen en el ArtIculo 513 del NEe. Tambien se debe consultar la }'r'PA 409, Standard on Aircraft Hangars (Nonna sobre Hangares), para guia sobre la construccion y proteccion de estas estructuras.

Instalaciones de Su'ministro de Combustible para Motores Las ocupaciones de este grupo inc1uyen lugares donde se transfiere gasolina u otros liquidos volatiles inflamables 0 gases de petroleo licuado a tanques de combustible 0 tanques auxiliares de combustible de vehiculos autopropulsados. Se deberia consultar la NFPA 30, Flammable and Combustible Liquids Code (Codigo de Uquidos Inflamables y Combustibles) y NFPA 30A, 10 mismo que el Articulo 514 del NEC para informacion sobre las areas peligrosas (clasificadas) y otras directrices sobre proteccion contra incendios en estaciones de servicio.

CAPiTULO 1 •

Plantas de Almacenamiento a Granel (de Uquido Inflamable) Cuando se almacena gasolina u oiros liquidos inflamables volatiles en tanques con capacidad agregada de una vagonada 0 mas y desde los cuales se distribuyen estos productos, las areas peligrosas (clasificadas) estan establecidas en 1a NFPA30 y Articulo 515 del NEe. La NFPA 30 tambien contiene muchas estipu!aciones para la construccion y utilizacion segura de plantas de almacenamiento a granel. ~~Procesos

de Aplicacionde Pulverizacion,

Inmersion y Revestimiento Los requisitos del NEC paralugares peligrosos (clasificados) aplican a areas donde, regular 0 frecuentemente, se aplican pinturas, lacas U OtIOS acabados inflamables por pulverizacion 0 inmersion, U otros medios y donde se usan solventes 0 disolventes inflamables volatiles, 0 donde pueden presentarse depositos 0 residuos de facil iguicion de estas pinturas, lacas 0 acabados, La NFPA 33, Standardfor Spray Application Using Flammable or Combustible Materials (Nonna para Aplicacion de Pulverizacion Usando Materiales Inflamables 0 Combustibles), y NFPA 34, Standardfor Dipping and Coating Processes Using Flammable or Combustible Liquids (Nonna para Procesos de Inmersian y Revestimiento Usando Liquidos Inflamables 0 Combustibles) contienen infonnacion adicional sobre seguridad para procesos de acabados. La :N'FPA 33 tambien regula la produccion de plasticos reforzados con fibra de vidrio con pistola de pulverintCion y moldeado a mano, Las areas peligrosas (clasificadas) con respecto a vapores inflamables estan definidas en el Articulo 516 del NEe.

Plantas Quimicas Para plantas qufmicas donde se procesan 0 manejan liquidos 0 gases inflamables, la NFPA 497 provee infonnacion sobre la extension de los lugares peligrosos (clasificados).

Lugares para Anestesia El uso de anestesicos inflamables en instalaciones para el cuidado de la salud se ha reducido considerablemente; sin embargo, puede haber algunas otras instalaciones que todavfa los usan, Se aplican reglamentaciones especiales para salas de cirugia y oiros 8iti08 donde se administran 0 pueden administrar anestesicos inflamables a pacientes, El Articulo 517 del NEC define ellugar para anestesicos como sigue: "Cualquier area 0 instalacion que ha sido designada para usarse para la administraci6n de cualquier agente inhalante anestesico inflamable 0 no inflamable en el curso de examen 0 tratamiento, incluyendo el uso de estos agentes para la analgesia locaL" En un area de anestesia inflamable, toda el area se considera de Clase I, Division 1 extendiendose hasta un nive!. de 1 :52 m (5 pies) sobre el nivel del suelo. El volumen restante hasta el cielo raso de la estructura se considera por encima del area peligrosa (c!asificada).

Equipos yat1efactos eiectric05

4-41

Cualquier cuarto 0 Iugar en los cuales se guardan anestesicos inflamables 0 agentes desinfectantes inflamables vohhiles se deben cOllsiderar de Clase I, Division 1 desde el piso hasta el cielo raso. Para infonnacion adicional sobre el temade anestesicos inflamables, se debe consultar el Capitulo 3 de la NFPA 99,

Lugares de Reunion, Teatros, Areas de Estudios de Cine y Television, Areas de Presentaciones Artlsticas y Lugares Similares Enlligaresde :"ctiiiion,teatrcfs, areas deestUdibs de cine y television, areas de presentaciones artisticas y lugares similares donde se congregan numerosas personas, es importante que los equipos electricos esten debidamente disefiados e instalados, Se deberian seguir las reglamentaciones generales del NEC, as! como sus requ~sitos especiales para estas ocupaciones para instalar los equip0s. Para infonnacion adicional sobre el uso de alumbrado de emergencia Se deberia consultar'la NFPA 101

BIBLIOGRAFIA Referencias Citadas

1. Kimberly D, Rohr, "The U.S, Home Product Report (Appliances and Equipment Involved in Fires)," NFPA Fire and Analysis Di~ vision, Quincy, MA, Jan, 2002, NFPA, COdigos, Normas y Practicas Recomendadas

La consulta de 105 siguientes codigos, normas y pnicticas recomendadas de NFPA proporciona informacion adicional sobre las seguridades para sistemas y artefactos electricos discutidas en este capitulo, (Ver la ultima version del Catalogo l'i"FPA para disponibilidad de ediciones corrientes de los siglientes documentos.) Fire Protection Guide to Hazardous Materials NFPA 12, Standcrd on Carbon Dioxide Extinguishing Systems NFPA 20, Standcrd for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection NFPA 30, Flamrrable and Combustible Liquids Code NFPA 30A, Codefor Motor Fuel Dispensing Facilities and Repair Garages NFPA 33, Standcrdfor Spray Application Using Flammable or Combustible Materials NFPA 34, Standardfor Dipping and Coating Processes Using Flammable or Comb1lStible Liquids NFPA 70, National Electrical Code® "XFPA 70B, Reco71mended Practicefor Electrical Equipment Maintenance NFPA 70E, Standard for ElecA-ical Safety Requirements for Employee Workvlaces NFPA 72®: Natio.iJal Fire Alarm Code NFPA 75, Standardfor the Protection ofElectronic Computer/Data Processing Equipment NFPA 77, Recommended Practice on Static Electricity NFPA 79, Electrical Standardfor Industrial Machinery NFPA 88A, Standardfor Parking Structures NFPA 88B, Standardfor Repair Garages NFPA 90B, Standard for the Installation of Warm Air Heating and Air Conditioning Systems NFPA 99, Standa;'dfor Health Care Facilities NFPA IOI®, Life Safety Code® N"FPA 110, Standard for Emergency and Standby Power Systems NFPA 409, Standurd on Aircraft Hangars

4-42

SECC10N 4 II Prevenci6n de incendios

NFPA 496, Sta'l1aa,ra

trical Equipment NFPA497 Recommended Practice for the ofFlammable Liquids, Gases, or Vapors (Classified) Locations for ElectricaZInstallations in Chemical Process Areas NFPA 501, Standard on Manufactured Housing NFPA SOIA, Standardfor Fire Safery Criteria for Manufactured Home Installation~~ Sites, and Communities

NFPA 513, Standardfor MotorFreight Terminals l\'FPA 780, Standard for the Installation ofLightning Protection

Systems l\'FPA 1192, Standard on Recreational Vehicles NFPA 1194, Standardfor Recreational Vehicle Parks and Camp-

grounds