IMPORTANCIA DEL CONTROL DEL HUMO EN LA PREVENCIÓN DE RIESGOS LABORALES: EL HUMO EN UN INCENDIO INTERIOR

Jesús-Manuel Quintela Cortes

Ingeniero Industrial de Estructuras y Construcción de Edificios Profesor de la U.P.C.

OBJETIVO

Dar a conocer la importancia que tiene ante un incendio, el aplicar el control del humo para evitar que los efectos del incendio puedan dañar a personas y bienes.

INTRODUCCIÓN

Un incendio genera calor y emite humo y gases de la combustión y transporta parte del combustible no consumido en forma de humo, hollín u otros materiales que pueden o no haber sufrido cambios químicos y que al tratarse de un incendio interior afectan a la seguridad de sus ocupantes, la protección de los bienes y la forma de extinguirlo.

Estos sistemas de control del humo no pueden evitar que el fuego se mantenga, pero además provocan un aumento de la combustión al arrastrar aire hacia la zona en que se encuentra, debido al efecto de succión que provoca el flujo de humo saliente. En general, colaboran en la protección de personas y bienes ya que permiten la actuación de los equipos de extinción, al mantener la capa de humo a cierta altura y a determinada temperatura.

Ante un incendio, los sistemas de evacuación de humo y calor garantizan que por encima del pavimento quede una zona libre de humo, para:

• Mantener sin humo los recorridos de evacuación y asegurar la evacuación del personal. En el diseño de la extracción del humo se determina la altura de la capa de humo sobre las cabezas del personal que debe evacuar mientras dure el incendio.
• Controlar la temperatura de los humos y evitar que la combustión afecte a otros combustibles, materiales, mobiliario y componentes de la construcción. Se reduce la probabilidad de que se produzca una combustión generalizada en el recinto o “flash over”. Si se mantiene en un cierto valor la temperatura de la capa de humo se pueden aplicar valores más bajos de la estabilidad al fuego de la estructura y que no resulten afectados determinados productos o materiales que  se  encuentren en el interior o  que  formen parte  del cerramiento y cubrición del edificio y que no sean resistentes al fuego.
• Facilitar los trabajos de extinción al permitir la visibilidad en las proximidades del fuego.

Hasta el momento los sistemas de evacuación de humo y calor se están aplicando habitualmente en América del Norte y en Europa, por las evidentes ventajas que

representan, ya que además favorecen la refrigeración del entorno en el que se desarrolla el incendio.

Además, dichos sistemas de extracción deben estar bien diseñados para evacuar correctamente el humo y el calor y ser fiables durante la existencia de la instalación, ya que se trata de sistemas de seguridad a los que deben aplicarse las mismas exigencias que para las instalaciones de protección contra incendios.

Para la protección ante los riesgos laborales que se pueden producir por los efectos del humo que acompaña a los incendios, debemos considerar las características de los posibles combustibles, sus consecuencias en los recintos cerrados y las condiciones ambientales que se producen. De esta forma en primer lugar podremos elegir el sistema de detección más idóneo, que nos garantice un mínimo tiempo de respuesta y una máxima fiabilidad sin falsas alarmas. A continuación elegiremos el sistema de control del humo más adecuado para el recinto que debemos proteger, que puede ser por evacuación natural o forzada.

Para prever el desarrollo de un incendio hay que estudiar la curva del fuego que corresponde al combustible de que se trate y considerar las cuatro fases que se producen:

• 1. De fuego latente y generación de humo invisible, que puede llegar a tener una duración de hasta 8 horas.
• 2. De fuego todavía sin llamas, pero que empieza a generar humo visible cuyo volumen va en aumento progresivamente, con una duración de hasta 1 hora.
• 3. De fuego en el que se va generando humo visible y aparecen llamas cuya magnitud crece progresivamente, que puede durar hasta 30 minutos.
• 4. De fuego ya desarrollado que genera gran cantidad de humo y llamas acompañados de elevadas temperaturas y mucho calor, que puede tardar

hasta unos 10 minutos en que el incendio quede totalmente desarrollado.

Las consecuencias de esta última fase sobre las personas y los bienes son las más graves, por su rapidez y por la gran cantidad de humo y calor generado.

Por tanto debemos plantear hipótesis que se aproximen a las condiciones particulares del posible incendio en el edificio, cuya distribución en zonas y la presencia de combustibles que determinan la carga de fuego conocemos, para así elegir el sistema de detección del fuego que nos asegure conocer su presencia lo antes posible y ponga en marcha la evacuación del humo natural o forzada para garantizar la evacuación segura de los trabajadores y la actuación de los equipos de extinción, evitando que las consecuencias del incendio sean más graves.

ANTECEDENTES

a) La Norma Básica de la Edificación. Condiciones de Protección contra Incendios (NBE-CPI-96), en los edificios que no sean industriales, en Capítulo 4. Instalaciones generales y locales de riesgo especial, En el Artículo 18. Instalaciones y servicios generales del edificio. G.18. Uso Garaje o Aparcamiento.

Los garajes o aparcamientos dispondrán de ventilación natural o forzada para la evacuación de humos en caso de incendio.

Ventilación natural: Se dispondrán en cada planta huecos uniformemente distribuidos que comuniquen permanentemente el garaje con el exterior o con

patios o conductor verticales, con una superficie útil de 25 cm2 por cada m2 de superficie construida en dicha planta. Los patios o conductos verticales tendrán una sección al menos igual a la exigida los huecos abiertos a ellos en la planta de mayor superficie.

Ventilación forzada: Será capaz de realizar 6 renovaciones por hora, siendo activada mediante detectores automáticos. Dispondrá en cada planta de interruptores independientes para la puesta en marcha de los ventiladores. Dichos interruptores estarán situados en un lugar de fácil acceso y debidamente señalizado. Garantizará el funcionamiento de todos sus componentes durante noventa minutos a una temperatura de 400º C. Contará con alimentación eléctrica directa desde el cuadro principal.

En ambos casos ningún punto estará situado a más de 25 m de distancia de un hueco o punto de extracción de humos.

b) El Reglamento de Seguridad contra Incendios en los Establecimientos Industriales (RSCIEI-2001), en el Apéndice 2. Requisitos constructivos de los establecimientos industriales según su configuración, ubicación y nivel de riesgo intrínseco. Apartado 7. Ventilación y eliminación de humos y gases de la combustión en los edificios industriales.

La eliminación de los humos y gases de la combustión y, con ellos del calor generado, de los espacios ocupados por sectores de incendio de establecimientos industriales, debe realizarse de acuerdo con la tipología del edificio en relación con las características que determinan el movimiento del humo.

7.1. Dispondrán de ventilación natural:

a) Los sectores de incendio con actividades de producción, montaje, transformación, reparación y otras distintas del almacenamiento si:

• Están situados en planta bajo rasante y su nivel de riesgo intrínseco es alto o medio, a razón de 0,5 m2 por cada 150 m2 o fracción, como mínimo.
• Están situados en cualquier planta sobre la rasante y su nivel de riesgo intrínseco es alto o medio, a razón de 0,5 m2 por cada 200 m2 o fracción, como mínimo.

b) Los sectores de incendio con actividades de almacenamiento si:

• Están situados en planta bajo rasante y su nivel de riesgo intrínseco es alto o medio, a razón de 0,5 m2 por cada 100 m2 o fracción, como mínimo.
• Están situados en cualquier planta sobre rasante y su nivel de riesgo intrínseco es alto o medio, a razón de 0,5 m2 por cada 150 m2 o fracción, como mínimo.

7.2. Hasta tanto no existan normas españolas relativas al diseño y ejecución de los sistemas de control de humos y calor, es recomendable aplicar una norma internacional de reconocido prestigio.

En este sentido, y por coincidir con la línea en que se orienta la normativa europea, en elaboración, se recomienda, además del pr EN 12 101, la norma belga: NBN S21-208. Partes 1 y 2.

MOVIMIENTO DEL HUMO

Es importante estudiar los factores que determinan la mayor o menor producción de humo, ya que en ocasiones su volumen es tan grande que ocupa la totalidad del edificio. También hay que considerar las correlaciones que permiten conocer las características físicas de las llamas en cuanto a su altura y del movimiento del humo en cuanto al volumen generado y a la temperatura que alcanza.

El movimiento del humo dentro de los edificios se produce en dos zonas claramente diferenciadas:

Humo caliente: En el recinto en que se produce el incendio aparecen zonas en las que la temperatura del humo es tan alta que asciende hacia el techo y el humo limpio ocupa las partes bajas. Estas zonas aparecen en las estancias y pasillos adyacentes según la energía que emiten las llamas y las dimensiones de las aberturas que los conectan.

Humo frío: Son zonas alejadas del incendio en las que desciende la fuerza de las corrientes impulsoras del humo debido a que éste se ha combinado y enfriado. Este humo se controla por la ventilación, el viento o extracción forzada del humo, de igual forma que cualquier otro elemento polucionado.

CONTROL DEL HUMO

Controlar el humo significa, utilizar ciertos métodos, que permiten modificar el movimiento del humo en beneficio de los ocupantes, para evitar daños materiales y para facilitar las tareas de extinción. Estos métodos son la compartimentación, la dilución, las corrientes de aire y la presurización, que pueden actuar solos o combinados.

Su aplicación no será adecuada si se trata de proteger almacenamientos con una altura mayor de 4 metros y que no estén protegidos con rociadores automáticos de agua, ya que se considera que en ciertos productos almacenados la carga de fuego resulta demasiado grande y provocaría un incendio de tal proporción que provocaría la destrucción total del almacén.

Diseño:

Cantidad de humo que forma una capa de humo situada a una altura “Y” del suelo y proviene de un fuego situado en un gran espacio en el que su dimensión máxima es inferior o igual a 5 veces el diámetro del fuego de diseño en el que el aire se puede incorporar a la columna de humo en un solo sentido sin restricciones y por toda la superficie perimetral.

La cantidad de aire que debe alcanzar la columna de humo a una altura “Y” se expresa por la siguiente correlación:

MY = CE .P.Y 3 / 2Kg / s

siendo,

CE = 0,19para recintos grandes en oficinas, auditorios, salas de ventas y espacio con techos altos.

P perímetro del fuego en m.

Y altura desde el fuego a la parte inferior de la capa de humo.

Incremento de la temperatura de la capa de humo respecto a la del ambiente:

El aumento de temperatura media de los gases que penetran en la capa de humo y la temperatura ambiente, queda expresado con la siguiente ecuación:

Θ = Ql/(c.M l )[º K ]

(6)

siendo,

Q = calor de convección de los gases que entran en la capa de humo.

c = calor específico del aire a presión constante paraaire seco y presión atmosférica [KJ/Kg ºK) cuyos valores dependen de la temperatura en º

C y los tenemos en la siguiente tabla 2:

Tabla 2. Valor de c en función de la temperatura

Ml = cantidad de humo entrando en el depósito. Desde el punto de vista práctico se puede despreciar la masa de gasesprocedentes de la combustión y considera que el humo entrante en el depósito se mueve constantemente, se puede considerar que el valor de Θ corresponde al valor medio para todo el depósito.

La temperatura termodinámica media (ºK) de los gases en el depósito será de:

Tl = Tamb + Θ l(7)

siendo,

Tamb = t amb [º C] + 273

(8)

Según la Norma Belga NBN S21-208-1:

a) Para evitar el riesgo de ignición generalizada debemos tener un valor menor de 300º C en la ecuación:

t l = Tl − 273(9)

b) Para alturas libres de humo menores de 3 m la temperatura tl no debe ser mayor de 200º C.

Compatibilidad entre los sistemas de extracción natural y mecánica:

Ambos sistemas no se pueden utilizar de forma simultánea, por lo que se debe adoptar cualquiera de las siguientes configuraciones:

• 1. Salida de humos y entrada de aire natural con elementos estáticos.
• 2. Salida de humos natural con elementos estáticos y entrada de aire forzada con elementos mecánicos.
• 3. Salida de humos forzada y entrada de aire natural.
• 4. Salida de humos y entrada de aire forzada no se pueden aplicar, a excepción de los casos en que se considere un diseño detallado de las condiciones de

funcionamiento.

Debido a la situación de emergencia creada ante un incendio, debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones:

• Calcular la temperatura de los gases en el depósito de humos.
• La temperatura de los gases en el depósito de humos no debe alcanzar el punto de ignición generalizada o “flash over” de los materiales situados fuera del perímetro del fuego considerado en el diseño.
• Dicha temperatura será menor de 550º C, a menos que en el diseño se acepte la ignición de todos los materiales situados por debajo del depósito de humos.

Para evitar el riesgo de “flash over” la Norma Belga NBN S21-208-1 fija en 300º C, la temperatura máxima en el depósito de humo.

• La temperatura del depósito de humos no debe poner en peligro la integridad estructural del edificio.
• Si el depósito de humos se encuentra en un recorrido de evacuación, su temperatura será menor de 200º C.
• En el caso de que el fuego se encuentre por debajo del depósito de humos, éste tendrá una superficie máxima de 2.000 m2  si la extracción es natural y de 2.600 m2 si la extracción es forzada.
• La mayor dimensión horizontal de un depósito de humos será de 60 m. y su altura mayor de 1/10 de la altura desde el suelo al techo.
• La barrera de humos u otros elementos que delimiten el depósito de humos, tendrán como mínimo una altura de 0,1 m mayor que el espesor previsto de la capa de humos, teniendo en cuenta su posible deflexión a causa del calor. La Norma Belga NBN S212081 cita un valor de 0,5 m y el Pr EN 12.1015 indica un método para calcular la posible deflexión de las barreras móviles.

Integración del sistema en la protección contra incendios:

Estos sistemas deben actuar siempre desde la Central de Control y Señalización, con la Detección Automática de Incendios en el caso de que deban proteger los recorridos de evacuación y salvar la vida de personas y con Presostatos o Detectores de Flujo que actúen con el menor caudal de la instalación de protección contra incendios, o por Accionamiento Manual o por ambos métodos si deben proteger los bienes o facilitar la actuación de los equipos de extinción.

Energía de alimentación:

El accionamiento de estos sistemas cumplirá las condiciones impuestas a los de protección contra incendios, por lo que se deberá preparar una fuente secundaria de energía de alimentación de emergencia para mantener su eficacia ante cualquier fallo de la principal.

DEFINICIONES

Definiciones más importantes utilizadas en estos sistemas de control de humo y calor:

Barrera de humos:

La que impide la expansión del humo de la combustión de un incendio.

Depósito de humo:

Espacio interior del edificio o zona limitado por barreras de humo o elementos estructurales en el que se retiene el humo.

Columna de humo libre:

En la que se puede incorporar libremente el aire por toda la superficie perimetral, para mezclarse con los gases de la combustión.

Columna de humo secundario:

Cuando un flujo de humo llega al borde de una balconada y sufre un giro antes de crecer verticalmente.

Entrada de aire:

Entrada de aire exterior, libre de humos, introducido en una zona debajo de la capa de humo (a nivel bajo o por las zonas cercanas) durante el funcionamiento del sistema de evacuación de humos natural o mecánico, a fin de reemplazar los gases y humos calientes evacuados.

Extractor de humo:

Extractor mecánico para evacuación al exterior el calor y el humo del incendio.

Exutorios o aireadores:

Huecos de ventilación que desembocan al aire libre para evacuar al exterior el calor y el humo del incendio, por tiro natural.

Espesor de la capa de humo db   en m:

Distancia vertical desde el centro del exutorio o extractor mecánico hasta la cota inferior de la capa de humo.

Ignición generalizada:

Ignición espontánea de los materiales todavía no incendiados, a partir de que la temperatura de los gases de la capa de humo alcanzan un valor lo suficientemente elevado para provocar dicha ignición. La temperatura de ignición generalizada estará en función de cada uno de los materiales (del orden general de 500º a 600º C).

Incendio:

Fuego fuera de control.

RESUMEN

Hay que conocer las características arquitectónicas del edificio, la ocupación y la carga de fuego, para que durante el proyecto se pueda plantear la aparición de un incendio y prever las características físicas del humo relacionadas con la altura libre desde el suelo y la capa de humo y la temperatura que éste puede llegar a alcanzar, para diseñar la forma en que se puede controlar su movimiento y evitar sus fatales consecuencias.

NORMATIVA.

NBE-CPI-96

Norma UNE, PrEN 12.101-5

Norma Belga NBN S21-208-1