#056 TIPOS DE SISTEMAS CONTRA INCENDIOS

2012, Boletín #05

INTRODUCCIÓN

Un sistema de rociadores contra incendio es un sistema integrado que comprende de tubería aérea y tubería subterránea diseñada de acuerdo a ciertos estándares, con el propósito de combatir el fuego. La instalación incluye por lo menos una fuente de agua que abastece a uno o más sistemas. El sistema aéreo de rociadores puede ser especialmente dimensionado o hidráulica mente calculado para instalarse en un edificio, un área o una estructura.

Existen distintos tipos de sistemas contra incendio los cuales se deben adaptar a las necesidades de cada área a proteger. La selección de un tipo particular de sistema de rociadores se determina en gran parte por las temperaturas ambiente esperadas en el área a ser protegida. El tipo de sistema utilizado puede ser determinado por la exposición potencial de agua en el área a proteger, es decir, el daño que el agua puede causar en el producto al momento de una descarga al iniciar un incendio.

Los tipos de sistema son los siguientes, y se definirán brevemente más adelante:

* Sistema Tipo Húmedo

* Sistema Tipo Seco.

* Sistema Tipo Pre-acción.

* Sistema Tipo Diluvio.

Sistemas Contra incendios

SISTEMA TIPO HÚMEDO.

Este sistema emplea rociadores automáticos que se encuentran unidos a un sistema de tuberías que contienen agua y están conectados a su vez a una fuente de agua. El agua se descarga inmediatamente cuando el rociador se abre debido al calor generado por el fuego. De esta manera, este sistema requiere de menos mecanismos para que funcione correctamente, siguiendo los lineamientos por NFPA.

El sistema tipo húmedo, es el más simple de todos, el más común, requiere menos mantenimiento. Es el más económico y el más confiable. Este tipo de sistema se recomienda principalmente donde no existe la posibilidad de congelamiento.

SISTEMA TIPO SECO

El sistema tipo seco utiliza rociadores que están unidos en un sistema de tuberías que contienen aire o nitrógeno a presión, la liberación de este (cuando se abre un rociador) permite que la presión del agua abra una válvula conocida como válvula del sistema seco y el agua puede fluir dentro del sistema de tuberías y salir por el rociador abierto. Ver figuras A.1 y A.2.

El sistema seco es aceptable cuando, debido a la temperatura ambiente existe la posibilidad de congelamiento o en caso opuesto, donde las temperaturas son extremadamente elevadas y debido a esto, sea riesgoso colocar un sistema húmedo.

SISTEMA TIPO PRE-ACCIÓN

Este tipo de sistema utiliza rociadores automáticos unidos a un sistema de tuberías que contienen aire que pueden o no estar presurizados. Además, cuenta con un sistema de detección instalado en las mismas áreas donde hay rociadores, ese sistema de detección activa un sistema de control que permite el flujo de agua (Ver figuras B.1 y B.2). Los sistemas de pre-acción pueden tener los siguientes arreglos: Non-interlock, Single Interlock, o Double interlock.

Los sistemas de pre-acción son recomendables para proteger áreas de valor en donde una descarga accidental puede ser problemática. Estos sistemas se instalan principalmente en cuartos de cómputo, librerías, archivos y otros similares.

SISTEMA TIPO DILUVIO

El sistema tipo diluvio utiliza rociadores que están unidos a una tubería que a su vez se encuentra conectada a una fuente de agua a través de una válvula que se abre por la operación del sistema de detección instalado en las mismas áreas donde hay rociadores. Cuando esta válvula abre, el agua fluye dentro del sistema de tubería y descarga desde todos los rociadores, produciendo una inundación total en la zona de rociadores. Se considera también una variación de un sistema de pre-acción.

Para este tipo de sistemas no hay restricciones sobre la temperatura ambiente, sin embargo, se debe asegurar que los componentes del sistema sean compatibles con el ambiente en el que serán instalados bajo lo indicado por FM Global y NFPA. El sistema de tipo diluvio, se recomienda principalmente para la protección de áreas de alto valor y riesgo, como hangares de aviones, tanque de almacenamiento de fluidos peligrosos, etc.

Baja Design Engineering

25 de Junio de 2012

#055 IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS CONTRA INCENDIOS

2012,

Introducción

En las últimas dos décadas los sistemas contra incendios han venido tomando mucha importancia en México, principalmente en el sector comercial e industrial. Esto debido a la introducción al país de grandes empresas transnacionales, las cuales por requerimiento propio protegían sus inmuebles y sus contenidos con un sistema contra incendio, basados en normas internacionales como NFPA y/o compañías aseguradoras como FM Global.

En la actualidad, un sinnúmero de empresas tiene actividades globales y todas estas plantas industriales se encuentran vinculadas y forman parte de una cadena productiva; por ello si una de estas plantas se viera destruía por un incendio, rompería esta cadena de producción ocasionando enormes costos y pérdidas económicas. De ahí que exista una gran importancia en los sistemas contra incendios.

Antecedentes

Los sistemas contraincendios se diseñan en base al NFPA.

¿Pero quién es NFPA?

Es una asociación internacional no lucrativa fundada en 1896 enfocada a las tecnologías de protección contra incendio, con presencia en más de 80 países y con casi 80,000 asociados. Desarrolla trabajos de investigación, entrenamiento y educación en este campo y publica los estándares de diseño con revisiones periódicas.

NFPA publica alrededor de 300 estándares que tienen que ver con diseño, instalación, proceso, servicios, inspección y mantenimientos de sistemas de protección contra incendio y en tópicos relacionados con la salud pública. NFPA no es una institución que aprueba, revisa o certifica instalaciones, esa tarea recae en instituciones gubernamentales o bien en agencias comerciales de seguridad.

Principales Publicaciones:

NFPA-1: Fire prevention code. Menciona los requerimientos mínimos necesarios para establecer un nivel razonable de seguridad contra incendio y protección de edificios.

NFPA-101: Life safety code. Menciona los requerimientos que deben guardar o acondicionarse en edificios nuevos y existentes para proteger a sus ocupantes de fuego y humos.

NFPA-13: Sprinkler systems. Diseño e instalación de rociadores automáticos.

NFPA-20: Installation Pumps. Instalación de bombas contraincendio.

NFPA-24: Installation Fire Mains. Instalación de Redes Exteriores sci.

NFPA-72: Fire alarm systems. Diseño e instalación de sistemas de notificación, supervisión y detección de humos.

Los sistemas contra incendios también se diseñan en base a FM GLOBAL.

¿Pero quién es FM GLOBAL?

Factory Mutual Insurance Company fue fundada en 1835 (175 años).

Y se divide en 3 divisions: Ingeniería, Investigación y Aprobaciones, las cuales unidas ofrecen soluciones prácticas englobadas.

Principales Publicaciones:

FMDS 2-0: Installation for Automatic Sprinklers

FMDS 3-7: Fire Protection Pumps

FMDS 3-10: Installation/Maintenance of Fire Service Mains

FMDS 8-9: Storage of Class 1,2,3,4 and Plastic Commodities

Objetivo

La protección contra incendio es de suma importancia, ya sea en empresas o industrias, esto debido a la cantidad y acumulación de combustibles, gases y fluidos inflamables que pueda haber y a las condiciones estructurales que dificulten una intervención o ataque manual a este.

En la actualidad en México, las normas oficiales mexicanas y código locales de seguridad civil, requieren para construcciones comerciales e industriales sistemas fijos contra incendios. Ya sean con mangueras manuales o de rociadores automáticos. Dependiendo del Grado de Riesgo de Incendio, en el cual se analiza las dimensiones de la construcción, los contenidos y materiales de la construcción.

Generalmente, en los sectores industriales y de seguros, las evaluaciones del riesgo tienen como objetivo las perdidas monetarias, ya que estas determinan las tarifas de seguros o proporcionan el incentivo para los gastos de protección.

Estadísticas

Los sistemas contra incendios permiten ampliar la oportunidad de supervivencia y cuando el fuego se presenta, las pérdidas materiales se reducen de un 50 a un 70% en comparación de los lugares que no tienen estos sistemas. Según reportes de las agencias norteamericanas no hay registro de más de dos muertes en fuegos presentados en edificios públicos, escuelas, oficinas institucionales y departamentos residenciales cuando hay presencia de rociadores automáticos.

Cuando el fuego se presenta en un lugar donde existen rociadores, solo uno o dos rociadores se han activado en el 81% de los casos de incendio.

No tenemos los registros en México de los casos o estadísticas de incendios – salvo en el rubro forestal -, pero si podemos compartir que en USA los incendios a partir del año 2000 han presentado un promedio de 1’500,000 incendios anuales, con casi 4,000 civiles muertos por año y pérdidas materiales superiores a los 10 billones de dólares por período (sin contar el evento de Sept/11).

Esta proporción resulta en casi 3 incendios por minuto.

Conclusión

La instalación de un Sistema Contra incendio es proveer un grado de protección y seguridad, para la conservación de los edificios, sus contenidos, y sus ocupantes. Y no hay que olvidar que los sistemas contra incendios salvan vidas.

Baja Design Engineering

Por Ing. Adrián Hernández

#054 PRINCIPIOS DE LA COMBUSTIÓN

INTRODUCCIÓN

¿Qué es la combustión?

 Es un proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, junto con otros productos como dióxido de azufre, que proceden de los componentes menores del combustible. El término combustión, también engloba el concepto de oxidación en sentido amplio. El agente oxidante puede ser ácido nítrico, ciertos percloratos e incluso cloro o flúor.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS:

Desde el principio de los tiempos, la combustión ha estado con nosotros, pero sólo recién en los tiempos de Aristóteles se le ha observado con seriedad. Éste definió que el fuego era uno de los cuatro compuestos que componían toda la materia. Después de esta explicación debieron pasar siglos hasta que alguien, para ser más preciso, el médico Ernst Stahl, intentara explicar la naturaleza de la combustión mediante un método serio.

LIBERACIÓN DE LA ENERGÍA

La mayoría de los procesos de combustión liberan energía (casi siempre en forma de calor), que se aprovecha en los procesos industriales para obtener fuerza motriz o para la iluminación y calefacción domésticas. La combustión también resulta útil para obtener determinados productos oxidados, como en el caso de la combustión de azufre para formar dióxido de azufre y ácido sulfúrico como producto final. Otro uso corriente de la combustión es la eliminación de residuos.

 La energía liberada durante la combustión provoca una subida de temperatura en los productos. La temperatura alcanzada dependerá de la velocidad de liberación y disipación de energía, así como de la cantidad de productos de combustión. El aire es la fuente de oxígeno más barata, pero el nitrógeno, al constituir tres cuartos del aire en volumen, es el principal componente de los productos de combustión, con un aumento de temperatura considerablemente inferior que en el caso de la combustión con oxígeno puro. Teóricamente, en toda combustión sólo se precisa añadir una mínima porción de aire al combustible para completar el proceso. Sin embargo, con una mayor cantidad de aire, la combustión se efectúa con mayor eficacia y aprovechamiento de la energía liberada. Por otra parte, un exceso de aire reducirá la temperatura final y la cantidad de energía liberada.

Aplicaciones NFPA 72

En consecuencia, habrá de establecerse la relación aire-combustible en función del nivel de combustión y temperatura deseados. Para lograr altas temperaturas puede utilizarse aire rico en oxígeno, o incluso oxígeno puro, como en el caso de la soldadura oxiacetilénica. El nivel de combustión puede aumentarse partiendo el material combustible para aumentar su superficie y de este modo incrementar su velocidad de reacción. También se consigue dicho aumento añadiendo más aire para proporcionar más oxígeno al combustible. Cuando se necesita liberar energía de modo instantáneo, como en el caso de los cohetes, puede incorporarse el oxidante directamente al combustible durante su elaboración.

La forma más común de aprovechar la energía de la combustión para fines prácticos es el motor de combustión interna.

Aplicaciones de las reacciones de combustión

Las reacciones de combustión son muy útiles para la industria de procesos ya que permiten disponer de energía para otros usos y generalmente se realizan en equipos de proceso como hornos, calderas y todo tipo de cámaras de combustión.

En estos equipos se utilizan distintas tecnologías y dispositivos para llevar a cabo las reacciones de combustión.

Un dispositivo muy común denominado quemador, produce una llama característica para cada combustible empleado. Este dispositivo debe mezclar el combustible y un agente oxidante (el comburente) en proporciones que se encuentren dentro de los límites de inflamabilidad para el encendido y así lograr una combustión constante. Además, debe asegurar el funcionamiento continuo sin permitir una discontinuidad en el sistema de alimentación del combustible o el desplazamiento de la llama a una región de baja temperatura donde se apagaría.

Los quemadores pueden clasificarse en dos tipos, de mezcla previa o premezcla donde el combustible y el oxidante se mezclan antes del encendido y el quemador directo, donde el combustible y el oxidante se mezclan en el punto de ignición o encendido.

También debe tenerse en cuenta para su operación otros parámetros como estabilidad de la llama, retraso de ignición y velocidad de la llama, los cuales deben mantenerse dentro de los límites de operación prefijados.

Para el quemado de combustibles líquidos, en general estos atomizados o vaporizados en el aire de combustión. En los quemadores de vaporización, el calor de la llama convierte continuamente el combustible líquido en vapor en el aire de combustión y así se auto mantiene la llama.

Para el caso de combustibles gaseosos, se utilizan distintos diseños que pueden ser circulares o lineales con orificios, que permiten la salida del gas combustible y un orificio por donde ingresa el aire mediante tiro natural o forzado.

Es importante comprender que, como resultado de una combustión, mediante la operación de estos dispositivos, se pueden producir sustancias nocivas y contaminantes, las cuales deberán ser perfectamente controladas, reduciéndolas a concentraciones permitidas o eliminadas, de acuerdo a la legislación vigente sobre el tema.

Baja Design Engineering

30 de Mayo de 2012

#052 HISTORIA DE LOS ROCIADORES

2012, Boletín #01

Introducción

Los rociadores automáticos surgieron por la necesidad de proteger inmuebles y lo que ellos contenían, de tal modo que estos lugares se protegieran por si solos, es decir, en caso de ocurrir un incendio, automáticamente estos dispositivos deberían de actuar por si “solos” activados por medio de calor proveniente del incendio. De esta manera se pretendía evitar la necesidad de haber gente en el sitio al momento del incendio, y aun mejor, se evitaba que entrara personal a combatir el fuego.

A lo largo de la historia, estos dispositivos tuvieron varios cambios, cambios significativos para su funcionamiento. Conforme fue pasando el tiempo fueron evolucionando con las tecnologías que se iban desarrollando en ese momento.

Historia de los rociadores

En 1723 Ambrose Godfrey creo lo que se conoce como el primer dispositivo para combatir incendios, el cual consistía en un barril de madera lleno con agua. Estos barriles eran colocados estratégica mente en todo el cuarto o área que se deseaba a proteger, a su vez, estos barriles estaban unidos por una serie de fusibles con la esperanza que estos fusibles fueran activados por el fuego.

De libro Layout Technician de NFSA

Como podrán darse cuenta, la desventaja de este dispositivo era que el fuego tenía que coincidir con la ubicación de alguno de estos barriles, de otra manera, no se activarían.

 Un poco después se mejoró este sistema de protección contra incendios a base de barriles llenos de agua. Lo que se propuso fue que este mismo barril lleno con agua, en lugar de dejarlo fijo en un sitio, se colocaran en un lugar estratégico de tal manera que la hora de ocurrir un evento de incendio, una persona entrenada corriera inmediatamente al lugar donde se encontraban los barriles y hacer lo que se muestra en la figura. Tomar el barril, rodarlo directamente al fuego y esperar que se encendiera el fusible pegado al barril y una vez encendido esperar a que explotara el barril para que especiera agua sobre el lugar donde el incendio se estaba llevando a cabo. Este barril estaba al igual que el anterior, cubierto de fusibles para hacer que estallara en cuanto entrara en contacto con el fuego.

Ya para 1800 se mejoraron los sistemas de protección contra incendios, tales mejoras fueron: la tubería perforada, cuerdas que actuaban como fusibles y los tapones fusibles.

John Carey mejoro un sistema de tuberías con agujeros, esta tubería estaba conectada a un tanque elevado, el cual estaba lleno de agua. ¿Pero cómo hacía que el agua no pasara por la tubería y atreves de los agujeros de tal modo que mojara todo lo que estaba abajo? He aquí la idea de Carey; un tapón obstruyendo el flujo de agua atreves del tanque era sostenido por una cuerda que a su vez estaba ligada a un sistema de pesas. Este sistema de pesas estaba unidas a un sistema de fusibles que actuaban como el seguro del tapón del tanque. ¿Como funcionaba esto?, muy simple; en caso de ocurrir un incendio, la cuerda fusible se rompía y dejaba caer la pesa a la base como se muestra en la figura de un lado, al caer la pesa, la cuerda unida a la pesa jala el tapón del tanque elevado, al elevarse el tapón, deja fluir el agua a través de la tubería de tal manera que esta fluye y apaga el incendio.

¡Muy ingenioso!, cierto?, si, realmente fue la base para los sistemas contraincendios actuales. Solo que tenía una desventaja, al ser un sistema de tuberías perforadas, al elevar el tapón del tanque, el agua fluía por todas las tuberías arrojando agua en lugares donde no hubiera fuego.

En este mismo siglo, Henry Parmelee creo el primer rociador automático funcional. Henry Parmelee era el presidente de una compañía de pianos, la cual se quemó completamente, de esta tragedia surgió uno de los más grandes inventos, el cual fue, los rociadores automáticos. Después que se quemó su fábrica de pianos estuvo buscando e ideando la manera de proteger su fábrica de futuros incendios tales como el que le había ocurrido.

La idea de Parmelee era la de unir estos rociadores a una serie de tubos. Estos rociadores era simplemente una boquilla unida a la tubería, esta boquilla tenía un tapón que estaba soldado en su orilla, esta soldadura se derretía a 160 F, al derretirse esta soldadura el tapón salía expulsado por la presión del agua y esta a su vez caía sobre el área donde el incendio se estaba llevando a cabo.

Del lado izquierdo podemos ver el rociador creado por Grinnell y de lado derecho vemos el rociador creado por Parmelee.

 Otros tipos de rociadores fueron creados en los años siguientes, los cuales se muestran en las siguientes imágenes.

De libro Layout Technician de NFSA

Con la mejora de los rociadores vino también la mejora de los sistemas de tuberías, esto en el sentido de que se podían seccionar varios lugares mediante válvulas de control.

A finales de 1800 los sistemas de rociadores eran tan confiables y redituables que las compañías de seguros ofrecían descuentos en las primas de seguros. Claro que también fue una desventaja porque cada compañía creo sus propios estándares de instalación. Fue por esto que para los 1890´s miembros de las aseguradoras y fabricantes se unieron para formar la asociación que ahora conocemos como NFPA.

Fue entonces, que, para estandarizar la instalación de los sistemas contraincendios, en 1896 se publicó el primer estándar de instalación llamado NFPA 13. Como dato curioso, fue el primer estándar de NFPA, aun así, se le número con el #13.

Fue así como varias compañías de seguros desecharon sus estándares de instalación y adoptaron él.

Ya para principios de 1900 se hicieron infinidad de mejoras en los fusibles de los rociadores y en los patrones de descarga. Anteriormente se creía que para atacar el fuego era necesario diseñar un rociador de tal manera que arrojara agua hacia el techo para mojarlo y enfriarlo y el resto del agua hacia abajo, a este tipo de rociador se le conoce como “Conventional” o “old-style”. Estos rociadores eran los que se utilizaban antes de 1955. En la imagen pueden ver como el agua es arrojada hacia arriba y hacia abajo.

Mediante estudios y pruebas se dieron cuenta que no era necesario arrojar agua hacia arriba, por lo que se creó el rociador que ahora conocemos como “standard”, este arroja toda el agua hacia debajo de tal manera que ataca el fuego con la totalidad del agua que sale por él.

Entre los años 70´s y 80´s del siglo pasado, se creó un tipo de rociador diseñado especialmente para residencias. La característica principal de este rociador es que actúa de manera más rápida de tal modo que ayuda a preservar la vida humana. Otra característica de este rociador es que el patrón de descarga del agua es diferente al rociador “standard”.

Debido a que los rociadores que se habían creado para entonces solo controlaban el fuego, se tuvo la necesidad de crear un rociador que extinguiera por completo el fuego, por lo cual se inventó el primer rociador de supresión temprana “ESFR».

Por Ing. Eduardo López

10 de Enero de 2012

Baja Design Engineering

#050 Controladores para bombas

2018

Controladores para bombas

Una parte crucial del Sistema contra incendio es el cuarto de bombas.

Aquí tenemos dispositivos para bombear el agua del Sistema contra incendio en caso de que sea requerido, para controlar los motores de las bombas del Sistema, tenemos el controlador.

¿Qué es un controlador?

Un controlador o manejador de dispositivo, es un elemento del sistema, un software o interruptores que permite al sistema interactuar con un periférico, proporcionando una interfaz para utilizar algún dispositivo.

El ejemplo más sencillo de un controlador para un motor sería un control de dos acciones (solamente encendido y apagado manual), sin embargo, un control puede ser tan complejo como se requiera, algunos ejemplos de controladores se pueden enlistar como:

  • encendido automático,
  • encendido al alcanzar cierta temperatura, presión u otra condición,
  • apagado de uno o más motores al mismo tiempo,
  • apagado de uno o más motores en algún orden de prioridad etc.

¿Cómo funciona un controlador de un cuarto de bombas?

Todos los controladores siguen el mismo razonamiento lógico, se trata de interruptores y bobinas, las cuales se irán energizando y des energizando dando paso a la corriente eléctrica para llegar al arrancador de un motor en orden o sentido que más convenga a la aplicación.

En la industria es bastante común tener controladores que se encargarán de realizar ciertas acciones automáticas, todo esto gracias a los diferentes protocolos de comunicación que se comercializan para la aplicación. En esencia todos tenderán a manejar señales para dar paso a alguna acción requerida, siempre con una lógica la cual se podría catalogar “binaria” ya que se manejan señales de encendido o apagado (ceros (0) o unos (1)). Con este punto nos podemos dar cuenta que, cualquier señal digital, puede ser trasladada a un protocolo de comunicación de un controlador, sin que necesariamente sea un controlador digital.

En el caso de un controlador para un cuarto de bombas; el controlador cuenta con un dispositivo que censa presión y un transductor eléctrico, este es el encargado de transformar una señal física (en este caso presión) a una señal digital o eléctrica. El transductor enviará la señal de arranque al motor (arrancador del motor) cuando la presión de agua del sistema alcance cierto rango, para compensar bajadas de presión se cuenta con una bomba jockey, la cual tendrá la misma lógica que el motor principal del sistema.

Para este sistema, al tratarse de dispositivos diseñados para salvaguardar vidas humanas, no cuenta con un sistema de apagado automático, la bomba seguirá funcionando aun después de terminarse el almacenamiento de agua del tanque.

En conclusión

Como puede observarse, un correcto control de las bombas es esencial para el buen funcionamiento del sistema contra incendio, al tratarse de vidas humanas, es crítico que todo funcione correctamente por lo que todas las condiciones que puedan presentarse ajenas al sistema tienen que tomarse en consideración al momento de diseñar un control, estas a su vez, pueden tener una comunicación al sistema BMS del edificio y monitorearse directamente desde el panel de control de alarmas del sistema, cada señal de fallo en el cuarto de bombas deben monitorearse por medio de algún sistema (preferentemente un sistema de alarmas), a continuación se enlistan las señales que tendremos que monitorear que corresponden a cada elemento del cuarto de bombas:

  1. Bajo nivel en el tanque de agua
  2. Válvula de succión cerrada
  3. Bomba contra incendio apagada
  4. Falla en la bomba
  5. Encendido de la bomba
  6. Falla al encender la bomba
  7. Desconexión del banco de baterías
  8. Válvula de descarga cerrada
  9. Válvula del sistema de rociadores del cuarto de bombas cerrada
  10. Bajo nivel del tanque diésel
  11. Supervisión de válvula de prueba.

Baja Design Engineering

Ing. Jesús Sandoval

Mayo de 2018

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