calculo de control de humos

41MAPFRE SEGURIDAD. N.o 71 - TERCER TRIMESTRE 1998

INTRODUCCIÓN

Es conocido que, en el desarrollohistórico de la legislación y de los en-sayos sobre seguridad contra incen-dios, la atención se ha centrado enlas precauciones con los incendiosque afectan a las estructuras y que elhumo no ha sido reconocido como unagente que amenaza a la vida. Sinembargo, cualquier análisis de las es-tadísticas de fuego habituales indicanque la mayoría de los fallecimientosen un incendio son consecuencia dela producción y del movimiento delhumo.

La producción de humo en un in-cendio es un mecanismo muy com-plejo y, aunque han sido desarro-llados métodos para valorar la ten-dencia de los materiales a producir

JOSÉ MIGUEL LACOSTA BERNAAIFireE (Institution of Fire Engineers).Experto superior en seguridad.

El controldel humoen casode incendio

SUMARIO

Es conocido que el comportamiento de los materiales en caso de in-cendio se basa en tres aspectos fundamentales:

– El comportamiento al fuego propiamente dicho, a la llama abierta ofuego latente.

– Los humos que se producen al arder, viendo al humo como algoque oscurece el ambiente y dificulta la visión.

– Los gases que también se desprenden al arder, buscando conocerlas especies químicas desprendidas y sus efectos sobre las personas(toxicidad).

Este trabajo se centra en los dos últimos aspectos, y, tratándolos demodo conjunto, se refiere en primer lugar a su generación, sigue con lastécnicas de medida y finaliza viendo los medios disponibles para su control.

Los humos, como el fuego que los origina, son un peligro para la vidahumana, pero conociéndolos se pueden estudiar y llegar, si no a evitarsu presencia, al menos a anular sus efectos.

Palabras clave: Incendios, seguridad contra humos y calor, evaluación del humo, controldel humo.

humo cuando se queman, muy pocoshasta ahora han sido incorporados ala legislación de seguridad contra in-cendios. Se conoce, sin embargo,que muchos materiales producengran cantidad de humo rápidamente yque lo realmente importante es la ve-locidad de producción de humo. Qui-zá lo necesario sea un método de en-sayo cuyos resultados pudieranemplearse para ordenar a los mate-riales en base a su producción poten-cial de humo bajo diversos regímenesde quemado.

Este trabajo, cuyo título «oscurece»parcialmente el tema, ya que nos re-ferimos a un sistema que involucratanto a las propiedades físicas y quí-micas de los materiales como a loscomponentes y subsistemas de losedificios, quiere ser una breve intro-ducción a un área compleja de la in-geniería de seguridad contra incen-dios (ver MAPFRE Seguridad, n.o 67)en la que se combinan la química, lafísica, la mecánica de fluidos y la ter-modinámica, aplicadas a la produc-ción y al control del humo.

En caso de incendio en un edificio,el control del humo tiene por objetogarantizar la seguridad de la evacua-ción de las personas, facilitar la inter-vención de los servicios contra incen-dios y reducir los daños debidos a lasaltas temperaturas de los humos pro-ducidos por el incendio.

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DEFINICIONES

Para una mejor comprensión deltexto que sigue, así como para facili-tar el empleo de un lenguaje común,se recoge una serie de definicionesrelacionadas con el tema del humo,sacadas del Documento Interpretativocorrespondiente al Requisito esencialn.o 2, «Seguridad en caso de incen-dio»(DOCE, 28-II-94).

Aberturas de ventilaciónpara humos (exutorios)

Aberturas situadas en las fachadaso cubiertas de un edificio para permi-tir la salida del calor y el humo en caso de incendio y que pueden accio-narse automática o manualmente(ISO 8421-5).

Control del humo

Medidas para controlar la propaga-ción o el movimiento del humo y losgases de combustión en el interior deun edificio durante un incendio (ISO8421-5).

Cortinas de contenciónde humos, pantallas paracubiertas o techos

Separación vertical instalada en elinterior de la cubierta o el techo paracrear un obstáculo al movimiento la-teral del humo y los gases de com-bustión (ISO 8421-5).

Emisión de humo

Producción de humo o gas por unmaterial expuesto al fuego o a unafuente de ignición (BS 6336).

Humo

Suspensión visible de partículassólidas y/o líquidas presentes en losgases liberados en la combustión opirolisis (Guía ISO 52).

Presurización

Creación de una diferencia de pre-sión, positiva o negativa, entre dospartes de un edificio a fin de impedirque el humo penetre en una escalera,un vestíbulo, una vía de escape o unlocal (ISO 8421-5).

Sistema de ventilaciónpara la extracción del humoy del calor

Sistema incorporado a un edificiopara mejorar la evacuación de los ga-ses de combustión y del calor produ-cidos en un incendio. El sistema pue-de basarse tanto en la extracciónmecánica como en la convección na-tural.

La producción de humo en unincendio es un mecanismo muycomplejo y, aunque han sidodesarrollados métodos paravalorar la tendencia de losmateriales a producir humocuando se queman, muy pocoshasta ahora han sidoincorporados a la legislación de seguridad contra incendios.

El control del humo tiene por objeto garantizar la seguridad de la evacuación de las personas.

CARACTERÍSTICAS DEL HUMO

Producción

El humo es el conjunto de partícu-las sólidas y líquidas en suspensiónen el aire, o en los productos voláti-les, que resultan de una combustióno pirolisis. Vemos aquí sus dos par-tes diferenciadas; una nube de pe-queñas partículas sólidas y líquidasque acompañan y se entremezclancon un gran volumen de gases ca-lientes y vapores que ascienden pro-cedentes de un foco de incendio. Enconcreto, el humo está formado porlos productos intermedios generadosdurante el proceso de combustiónque experimentan los materiales or-gánicos. Fundamentalmente, el humose genera durante los procesos decombustión incompleta, tales como:

1. Combustión con llamas, dondese produce una serie de reaccionescomplejas en las que la oxidación esdemasiado lenta para impedir la for-mación de partículas de carbón (ho-llín).

2. Combustión sin llamas, dondepequeñas gotículas de sustancias al-quitranadas en forma húmeda esca-pan, si las condiciones del aire lo per-miten, para producir partículas dehumo de 10–3 mm (una micra) de diá-metro.

Las llamas amarillentas que se pro-ducen por encima de un fuego de só-lidos o de líquidos se deben a la pre-sencia de pequeñas partículas dehollín, que o bien se queman fuera, silas condiciones lo permiten, o aumen-tan de tamaño y escapan de las lla-mas en forma de humo.

Cantidad

La cantidad de humo producida porlas llamas de un material que ardedepende de dos factores:

1. De la naturaleza química delcombustible. Las investigaciones hanconcluido que:

a) materiales que contienen en suestructura moléculas o átomos deoxígeno producen menos humo queaquellos que no lo contienen, y

b) materiales que incorporan en suestructura anillos bencénicos tiendena generar mayores cantidades de hu-mo que las estructuras más abiertas.

2. De las características del fuego.En este caso se ha indicado que lacantidad de humo depende de:

a) la temperatura de la combustióny de la zona de llamas, y


b) el nivel de concentración de oxí-geno disponible en la zona de la combustión, que a su vez está direc-tamente unido a la tasa de ventila-ción del recinto donde se produce elfuego.

Estimación de la cantidadde humo producida

Por diferencia de temperaturas, losfenómenos de convección producenla entrada de aire limpio tanto en elinterior de la zona de combustión como dentro de la columna ascen-dente de humos y gases, a la que, entextos en inglés, se denomina comofire plume. Debido a que las tempera-turas en esa columna no son suficien-temente altas como para hacer que eloxígeno del aire atrapado reaccionecompletamente con los volátiles, tales

reacciones son químicamente incom-pletas, y así, a través de este meca-nismo, se producen el humo y lassustancias tóxicas. Es también esteaire sin reaccionar, que ha sido atra-pado por el humo, el que se conside-ra que constituye el mayor compo-nente de esa columna.

Se ha comprobado que el volumentotal de aire que mueve un incendioes muy grande como un componentecomparado con el volumen de gasescombustibles producido, de maneraque es posible igualar la velocidad deproducción de humo con el ritmo deentrada de aire limpio al mismo. Así,la velocidad de producción de humopuede expresarse como:

msmoke = 0,096 · p · ro · y3/2 · g1/2 ( )1/2

,

siendo:

TO = Temperatura absoluta del aireambiente, en °K.

TP = Temperatura absoluta de losgases de la columna ascendente, en°K.

y = Distancia entre el suelo y el ni-vel inferior de la capa de humo, en m(fig. 1).ro = Densidad del aire a temperatu-

ra ambiente, en kg/m3.g = Aceleración de la gravedad, en

m/s2.msmoke = Tasa de producción de hu-

mo, en kg/s.p = Perímetro del fuego, en m.

Si ponemos valores a algunos pa-rámetros, tenemos que:

ro = 1,22 kg/m3 a 300 °KT = 1.200 °Kg = 9,81 m/s2

TO = 300 °K

así, la ecuación anterior puede escri-birse de la forma:

msmoke = 0,18 · p · y3/2

en la que se ven los factores de losque depende la velocidad de produc-ción de humo.

TO

TP

En caso de incendio en unedificio, el control del humotiene por objeto garantizar la seguridad de la evacuaciónde las personas, facilitar la intervención de los servicioscontra incendios y reducir los daños debido a las altastemperaturas de los humosproducidos por el incendio.

FIGURA 1. Altura de la capa de humo por encima del nivel del suelo.

Capa de humo

y

Temperatura

La temperatura media de los gasesque están en la capa de humo puedeescribirse como

qC = TO + ,

siendo:

QP = Flujo de calor por convección,en kW.

msmoke = Tasa de producción de hu-mo, en kg/s.

CP = Calor específico del aire atemperatura ambiente, en kJ/kg.

Para evitar todo riesgo de flash-over,qC no debe ser mayor que 300 °C.Cuando la altura libre de humos es in-ferior a 3 m, esa temperatura queda li-mitada a 200 °C.

VISIBILIDAD Y DENSIDADDEL HUMO

Principios de la mediciónde la densidad de humo

El humo, debido a su naturalezaparticulada, reduce drásticamente lacapacidad de una persona para vercuando intenta escapar de una zonaincendiada. Esta reducción en la visi-bilidad depende de la naturaleza delhumo, así como del tipo y del nivel deiluminación de la vía de evacuación.

Hasta ahora no se ha encontrado la forma de predecir la capacidad del ojo humano para ver a través delhumo, así como para determinar losefectos restrictivos de los gases irri-tantes sobre la visión. Algunas inves-tigaciones limitadas sugieren que losirritantes llegan a reducir la visión en-tre un 50 y un 95 por 100.

La densidad del humo puede me-dirse en términos de reducción de laintensidad de un rayo de luz cuandopasa a través de una atmósfera car-gada de humo (fig. 2).

Este tipo de medida objetiva puedeexpresarse bien como oscurecimientode la luz o como densidad óptica.

1. Oscurecimiento de luz (S) defini-do como:

S = 100 ( ),

siendo:

IO = Intensidad de la luz incidentecuando no hay humo.

I = Intensidad medida a la mismadistancia desde la fuente de luz cuan-do hay humo.

2. Densidad óptica de humos (D)definida como:

D = –10 log10 ( )= 10 log10 ( ), en dBIO

IIIO

IO – IIO

QP

msmoke · Cp


Cuando la luz penetra en un recintolleno de humo, su intensidad se vereducida por la absorción y reflexiónproducidas por las partículas de hu-mo. El nivel de atenuación dependedel tamaño de las partículas y de suforma, índice de refracción, longitudde onda y ángulo de incidencia de laluz. Debido a que es un sistema com-plejo, no puede describirse matemáti-camente, pero puede simplificarseempleando la Ley de Beer-Lambert,que se refiere a la disminución de laintensidad de la luz, o de una radia-ción electromagnética similar, al atra-vesar una disolución, y que se expre-sa mediante la siguiente fórmula:

I = IO · e–s · L,

siendo:

I = Intensidad de la luz recibida.IO = Intensidad de la luz emitida, la

intensidad inicial (100).s = Coeficiente de atenuación (pro-

ducto del coeficiente de absorción porla concentración de las partículas).

L = Longitud del camino óptico atra-vesado por la luz.

Para aerosoles monodispersados(sólo un gas dispersado en el senode otro gas), se ha encontrado que elcoeficiente de atenuación (s) es pro-porcional al producto del tamaño delas partículas por el número de lasmismas, lo que puede expresarse como:

s = k · p · r2 · n = k · c,siendo:

k = Factor de proporcionalidad.r = Radio de las partículas de humo.n = Número de partículas por unidad

de volumen.c = p · r2 · n es la concentración de

partículas de humo.

De modo que la fórmula inicial pue-de volverse a escribir como:

I = IO · e–k · c · L

= e–k · c · L

= ek · c · L

In ( ) = k · c · L

· In ( ) = log10 ( ) =

= 10 log10 ( ) = D,

siendo D la densidad óptica, por loque

= c

Esta fórmula relaciona el valor D/L,que se expresa como densidad ópticapor metro (dB/m), con la concentra-ción de humo, y de este modo con lavisibilidad, característica que también

10 · k2,302

DL

IO

I10 k · c · L

2,302

k · c · L2,302

IO

IIO

I1

2,302

IO

I

IO

I

IIO

FIGURA 2. Esquema de un ensayo de medición de la densidad de humoproducida por materiales bajo acción térmica (radiacióny/o llamas).

EMISOR RECEPTORI

L

IO

se ha comprobado mediante trabajosexperimentales.

Por ejemplo, para señales ilumina-das frontalmente:

Visibilidad (m) =

y para señales iluminadas por detrás:

Visibilidad (m) =

En la figura 3 pueden verse expre-sados gráficamente los resultados ex-perimentales para el caso de ilumina-ción frontal.

Así se observa que la visibilidadaumentará si D/L disminuye, lo quepuede pasar si la concentración delhumo (c) se reduce. Una disminuciónen la concentración de humo puedeconseguirse diluyendo el humo conaire fresco, de lo que se hablará másadelante en las técnicas de controldel humo.

25D/L

10D/L

Emisión de humo y visibilidad

El conocimiento de la facilidad quetiene un material para producir humoes importante y puede medirse, expe-rimentalmente en condiciones contro-ladas, en una cámara de densidad dehumos, en la que el humo se recogeen un volumen determinado y se mi-den las observaciones resultantes.

Uno de los métodos más conocidoses el de la cámara ISO 5659: Parte 2,en el que se realiza la medida de lacantidad de luz transmitida a travésdel humo como una fracción (o por-centaje) de la luz inicial transmitidapor el sistema óptico. El mínimo por-centaje de luz transmitida se emplea


para calcular el oscurecimiento mayorpara cada modo de exposición de lasprobetas, sólo con radiación o con ra-diación y con llamas piloto.

El valor obtenido se expresa comodensidad óptica específica (DS) me-diante la siguiente fórmula:

DS = D ,

siendo:

V = Volumen de la cámara, en m3.A = Superficie expuesta de la mues-

tra, en m2.L = Longitud del camino óptico, en m.

En particular, para la cámara ISO

5669: Parte 2, el valor · A es de132.

En la tabla 1 pueden observarsevalores de DS para diversos mate-riales.

VL

VL · A

Productos tóxicosde la combustión

Las muertes en los incendios sue-len ser producidas por el humo, que,al igual que muchas de las sustanciastóxicas producidas por el fuego, sonel resultado de combustiones comple-tas e incompletas.

Hay dos razones fundamentalespara la muerte por sofocación:

– El humo de los incendios contie-ne sustancias asfixiantes que, depen-diendo del tipo y de la concentración,pueden conducir a la muerte en unplazo de tiempo muy breve.

– El humo de los incendios con-tiene sustancias denominadas como«irritantes». Inhalar esas sustanciaspuede producir quemaduras en lospulmones y en el tracto respiratorio.

El efecto combinado de ambascausas es generalmente la razón delenvenenamiento y de los daños inter-nos que afectan a las víctimas de losincendios. En la tabla 2 se observandiversos valores límites para algunasde las sustancias producidas en losincendios.

La sustancia tóxica más importanteen cualquier situación de incendio enla que estén presentes materiales or-gánicos es el monóxido de carbono(CO), cuya producción se ha mostra-do que depende del combustible y delnivel de ventilación. Rabash y Starkhan mostrado que la producción deCO en incendios de recintos a peque-ña escala se relaciona muy bien conel factor de ventilación del recinto

y con la carga térmica.Además de CO, los materiales que

contienen nitrógeno en su estructuraquímica pueden producir HCN y/oóxidos de nitrógeno

AW · hW1/2

At

FIGURA 3. Relación entre la densidad óptica y la visibilidad.

VIS

IBIL

IDA

D, m

.

DENSIDAD ÓPTICA (por metro de recorrido con humo)DENSIDAD ÓPTICA (por metro de recorrido con humo)

100

0,1

0,2

0,5

1,0

2

5

10

20

50

0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0

Espesor Densidad óptica específicaMaterial (mm) Sin llama Con llama

Pino de Oregón 6,5 380 15613 438 110

PVC rígido sin cargar 3,25 270 5256,5 470 535

Policarbonato 6,5 48 324Poliestireno 6,5 395 780Roble 13 372 118Poliéster reforzado confibra de vidrio 3 420 720

Abedul 13 419 70Polimetilmetacrilato 6,5 195 90

TABLA 1. Relación de valores de densidad de humo producidospor diversos materiales.

(NOx: NO + NO2).

Con materiales como las poliami-das y los poliuretanos puede esperar-se que se produzcan tales sustanciasdurante su combustión. Esto ha sidodemostrado tanto experimentalmenteen ensayos de laboratorio como du-rante fuegos experimentales a granescala.

El HCN tiene una potencia tóxicamuy superior a la del CO. Sin embar-go, debido a que la producción deHCN es generalmente muy baja inclu-so para fuegos en los que están pre-sentes grandes cantidades de sustan-cias nitrogenadas, el CO que sedesprende supone un riesgo mayor.

Se sabe que algunos materialesproducen grandes cantidades de hu-mo y de gases tóxicos. De aquí sededuce la necesidad de que estosmateriales no sean empleados en situaciones en las que se necesitenlargas vías de escape o tiempos deevacuación importantes, o donde losocupantes tengan una disminución ensus capacidades respiratorias.

CONTROL DEL HUMO

En general, la decisión de emplearalgún método de control del humo es-tará en respuesta a una amenazapercibida por la presencia de humoen caso de incendio. El método decontrol del humo empleado, si hay al-guno, estará determinado principal-mente por la ocupación del edificio.

Esa ocupación, en el contexto deeste trabajo, tiene dos componentes:cantidad de personas y función deledificio, que determinarán, básica-mente, las prioridades que influiránen la decisión acerca de si se empleao no un método de control de humo yde cuál emplear. Como puede verseen la tabla 3, ambos componentesestán presentes en todas las catego-rías generales que se indican, peroasumirán quizá diferentes niveles deprioridad para cada uno.

Así, en edificios de pública con-currencia e institucionales, la seguri-dad de la vida de los ocupantes serála consideración dominante, mientrasque en los edificios tipo industrial, enlos que proporcionalmente puede ha-ber poca gente, el factor dominantepuede ser evitar el daño a los conte-nidos y limitar el daño por el fuego aledificio.

Los sistemas para control del humopueden clasificarse como sistemasnaturales o mecánicos. Los sistemasnaturales de control del humo confíanen los factores ambientales para mo-ver el humo hacia el exterior de losespacios ocupados, mientras que los


sistemas mecánicos util izarán laenergía desarrollada por sistemasmecánicos para mover el humo a tra-vés de caminos predeterminados.

Se pueden considerar tres métodosgenerales de control del humo, quese detallan a continuación:

Dilución

La relación entre la densidad óptica(D), la longitud del camino de trans-misión de luz (L) y la concentracióndel humo (C) viene establecida por lasiguiente fórmula:

D = L · C · B

donde B es una constante que de-pende de la naturaleza del humo.

De la fórmula se deduce que laconcentración de humo influye direc-tamente sobre la densidad óptica,que, a su vez, y como ya hemos vis-to, también afecta de modo significati-vo a la visibilidad. Por consiguiente,la dilución, cuya consecuencia es lareducción de la concentración del hu-mo, se puede considerar como un

medio efectivo de controlarlo, ya quereduce considerablemente, cuandono elimina, el efecto del humo produ-cido en un incendio.

La utilización de la dilución comoun medio de control del humo puedeprovenir de un modo natural a partirde la geometría de los espacios deledificio considerado. Si el volumendisponible es suficientemente grande,el humo puede acumularse en los ni-veles más altos y transcurrir un tiem-po considerable antes de que se pro-duzca cualquier amenaza directaprocedente del humo.

Pensemos en un atrio abierto (fig. 4).Aquí, el concepto de dilución podríaemplearse, siempre que el volumendel atrio fuera suficiente; el humo po-dría ser dirigido hacia su interior, lle-nándolo mientras que el resto del edi-ficio es evacuado.

Esta opción no tiene en cuenta elimpacto psicológico de un humo ne-gro denso y visible para las personasen las plantas superiores del edificiofluyendo hacia el atrio, que rápida-mente se llena de humo. Por esta últi-ma razón sería una opción inacepta-

Exposición durante Exposición durante5 minutos 30 minutos

Dosis de Dosis deSustancia exposición Pico de exposición Pico de

(concentrac. concentrac. (concentrac. concentrac.¥ tiempo) (%) ¥ tiempo) (%)

(% mínimo) (% mínimo)

AsfixiantesCO 1,5 1 1,5 1CO2 25 6 150 6Bajo nivelde oxígeno 45 (reducción) 9 (reducción) 360 (reducción) 9 (reducción)HCN 0,05 0,01 0,225 0,01

IrritantesHCl – 0,02 – 0,02HBr – 0,02 – 0,02HF – 0,012 – 0,012SO2 – 0,003 – 0,003NO2 – 0,003 – 0,003Acroleina – 0,0002 – 0,0002

TABLA 2. Concentraciones y dosis de exposición máximas tolerablespara sustancias producidas en la combustión y diferentestiempos de exposición.

Componente Tipo de edificio Ejemplo

Personas Pública concurrencia Centro de deportes, deInstitucional actividades culturales

Centro de Salud

Función del edificio Comercial OficinaIndustrial Fábrica

TABLA 3. Selección del método de control del humo en función del tipode ocupación.

ble, a menos que los pisos superiorespudieran ser, efectivamente, protegi-dos por medio de aberturas de venti-lación de apertura automática.

De modo complementario a la ac-tuación de esos exutorios podría con-siderarse la evacuación de las perso-nas de los pisos superiores al ritmoen que va descendiendo la capa dehumo, al hacerse cada vez mayor. Lavelocidad (R) a la que la base de lacapa de humo desciende puede valo-rarse de modo sencillo mediante la si-guiente fórmula:

R = , en m/s,

siendo:

V = Volumen del humo que estásiendo producido, en m3/s.

A = Superficie del atrio, en m2.

De este modo es posible estimar eltiempo disponible hasta que la capade humo alcance cada piso y el tiem-po hasta que el humo llene completa-mente el atrio.

Los corredores, pasillos, paseos yzonas peatonales son lugares dondetambién puede emplearse la dilución.

Conviene señalar que, si bien la di-lución es válida como concepto, prác-ticamente tiene un número limitadode aplicaciones como forma efectivade control del humo.

Extracción

Tipos

La extracción del humo puede ha-cerse por ventilación natural, extrac-ción mecánica o por combinación deambos. La fiabilidad de los sistemasde ventilación natural se ha cuestio-nado porque tales sistemas pueden

VA


no funcionar, o, al menos, no tan efi-cazmente, cuando se necesiten.

El vestíbulo ventilado (fig. 5) estambién un método de control de hu-mo que se emplea para prevenir o re-tardar el paso del humo al hueco dela escalera. Se dispone una aberturaen la parte más alta, de modo que lapresión generada por el humo en elvestíbulo no sea mayor que la am-biente.

Al estudiar cuáles eran las fuerzasdisponibles para mover el humo alre-dedor de los edificios, la del viento re-sultó ser la más importante para lossistemas naturales de control. Ahorabien, si se exige que un sistema decontrol del humo tenga que estar dis-ponible y efectivo en cualquier mo-mento, entonces cualquier grado deconfianza en la capacidad del viento,que es impredectible e incontrolable,para mover el humo lejos del incendioy hacia el exterior es cuestionable.

Sin embargo, a pesar de esa natu-raleza impredecible e incontrolable delas condiciones climatológicas, sí esposible calcular la superficie de lasaberturas necesarias para descargarun incendio de tamaño conocido en elque se emplee la ventilación natural.

Medidas para la extraccióndel humo

Las medidas a tomar en el diseño y construcción de sistemas de extrac-ción del humo en edificios incluyen

el desarrollo de nuevas tecnologíaspara uso específico, o la aplicaciónde las existentes a la solución de di-ferentes problemas.

Algunas veces es necesario incor-porar, en el diseño de edificios, me-canismos de alivio de explosiones, in-cluyendo aberturas automáticas o diseñando zonas internas de construc-ción con cubiertas o paramentos débi-les que en caso de una explosión rom-perán y permitirán salir a la explosión,reduciendo el daño de este modo.

El empleo de exutorios (fig. 6) tienebásicamente tres efectos:

– Se evita el transporte del humo,facilitando así medios de evacuacióny la lucha contra el fuego.

– Se reduce considerablemente elcalentamiento por convección deotros materiales, de modo que dismi-nuye la propagación del fuego y porlo tanto también los daños producidospor el fuego.

– La retroalimentación por radia-ción procedente de la capa de humocaliente se reduce, si no se elimina,disminuyendo por lo tanto la tasa decombustión; es decir, el fuego ardecomo si fuera exterior, no se alcan-zan las temperaturas máximas en elinterior del recinto y se produce un in-cendio con menor severidad.

En la figura 7 el edificio ha sidosubdividido en cuatro sectores pormedio de muros que resistirán la ac-ción del fuego. En cambio, el techoha sido diseñado para descongestio-

FIGURA 4. Espacio abierto en unatrio que puede serempleado paracontrolar el humo.

FIGURA 5. Empleo de un vestíbulo de independencia para proteger unaescalera.

Salida al exterior

Caja de escalera

Vestíb

ulo

nar el incendio; es decir, el techo sequemará en las etapas tempranas delfuego y proporcionará inmediatamen-te una salida. Así, un fuego originadoen el compartimento A es confinadoen el mismo y una abertura, conse-cuencia del fallo parcial del techo,produce un daño por incendio consi-derado previamente aceptable.

Contención

Los métodos para contener el hu-mo pueden variar desde la colocaciónde una simple barrera física hasta lainclusión de un sistema mecánicoque impida el paso del humo al inte-rior de los espacios protegidos.

La figura 8 muestra cortinas coloca-das en el techo y empleadas comobarreras para crear zonas de humo;es decir, espacios bajo la cubierta se-parados de otros elementos arquitec-tónicos por los medios adecuados yconcebidos especialmente para confi-nar el humo y retrasar, o incluso evi-tar, su propagación a otras zonas.Esto último puede, por ejemplo, com-binarse con lo expuesto antes paraevacuación de humo, e incluir losadecuados ventiladores de extrac-ción.


FIGURA 6. Empleo de dispositivos electromecánicos para la apertura deexutorios en un atrio. (Cortesía de D + H Mechatronics.)

FIGURA 7. El fallo del techo en una etapa inicial del fuego permite que elincendio quede confinado en el sector A.

FIGURA 8. Utilización de cortinas de contención de humos en una naveindustrial.

El humo, debido a sunaturaleza particulada, reducedrásticamente la capacidad de una persona para vercuando intenta escapar de una zona incendiada. Esta reducción en la visibilidaddepende de la naturaleza del humo, así como del tipo y del nivel de iluminación de la vía de evacuación.

Salida al exterior

Muroscortafuegos

Cortina

A estos tres métodos podemosañadir otro más:

Presurización

El objetivo de una instalación depresurización para controlar el humoes proteger determinadas vías deevacuación y otras zonas contra la fil-tración de humo, manteniendo el airecontenido en ellas a presiones supe-riores a las existentes en las partesadyacentes del edificio. Estas zonaslibres de humo permiten que:


– Los ocupantes puedan escapar aun lugar seguro.

– Los bomberos y los equipos derescate puedan moverse por el edifi-cio en condiciones de seguridad.

Aplicaciones

La presurización, como un métodode control del humo, puede aplicarseen varias situaciones:

– Sólo cajas de escaleras.

– Cajas de escaleras y vías hori-zontales.

– Vestíbulos y/o pasillos.

Composición

Una instalación de presurizaciónconsta de: ventiladores (incluso losde seguridad) para inyectar aire en lazona presurizada; conductos de airepara crear una vía de transmisión delaire; aberturas de ventilación para suministrar un escape de aire; unafuente eléctrica de emergencia; sen-sores automáticos (detectores de hu-mo, etc.) o interruptores manualespara iniciar la actuación del sistemaen caso de emergencia; compuertascontra el fuego y el humo en los ra-males de la red de conductos queatraviesen los elementos que delimi-tan el recinto protegido; rejillas y difu-sores.

Análisis del edificio

Es esencial conocer las caracterís-ticas del edificio, analizando, por se-parado, las diferentes entradas y sali-das de aire del mismo, relacionandolas partes presurizadas y sin presuri-zar del edificio para el diseño de unsistema efectivo. La presurización,como una forma de control de humo,no puede ser aplicada fácilmente alos edificios existentes; es un métodoque puede influir fundamentalmenteen la disposición de los espacios decirculación y, en consecuencia, debe-ría considerarse en las etapas inicia-les del proceso de diseño.

En especial debe tenerse en cuenta:

a) Suministro de aire al espacioprotegido

El primer componente de un siste-ma de presurización es precisamenteel equipo encargado del suministrode aire, movido mecánicamente. Latoma del aire limpio debe estar lomás cerca posible del equipo. La im-pulsión se hará empleando, si es ne-cesario, un sistema de distribuciónpor conductos hasta los lugares ade-cuados en el interior de los espaciosprotegidos. Se tomarán todo tipo deprecauciones para garantizar que nohaya ningún lugar por donde el humopueda llegar al interior del sistema.

b) Pérdidas de aire desdeel espacio protegido

Es prácticamente inevitable que,debido a la función del espacio que

Fundamentalmente, el humo se genera durante los procesos de combustión incompleta.

hay que presurizar y a las técnicas deconstrucción, se produzcan pérdidasde aire desde el espacio presurizadohacia los espacios contiguos. Estasfugas se producirán alrededor de laspuertas, ventanas, etc., y es esencialconocerlas si se debe mantener unapresión diferencial entre el espacioprotegido y los espacios contiguos,porque el volumen de aire que sepierda será el que determinará el ni-vel de presión que se consiga.

c) Pérdidas de aire desdeel edificio

Es esencial que el flujo del aire quesale del espacio protegido hacia losespacios contiguos pueda filtrarse ha-cia afuera, hacia el exterior del edifi-cio, lo que se puede conseguir pormedio de salidas por las ventanas,puertas, etc., en los muros exterioresdel edificio o por aberturas especial-mente instaladas, que se abriráncuando el sistema de presurizaciónesté en funcionamiento. Si estasaberturas, posteriores, no están dis-ponibles no se conseguirá la necesa-ria presión diferencial entre el espaciopresurizado y el resto del edificio; eledificio completo será presurizado yel objetivo de contención del humo nose conseguirá.

Procedimiento de diseño

Los pasos básicos a seguir para di-señar un sistema de presurizaciónson:

1. Definir el volumen.2. Definir las diferencias de presión

requeridas.Hay que tener en cuenta:

– Localización del fuego.– Volumen del sector o de la com-

partimentación.– Tiempo de evacuación.– Tamaño del fuego.

3. Estimar las características depérdidas de aire de la construcción.

4. Modificar las diferencias de pre-sión.

5. Calcular las variaciones de pre-sión debidas a las influencias externas,por ejemplo, viento y temperatura.

6. Modificar las diferencias de pre-sión, es decir, añadir las presionescreadas por el viento, lateralmente, yla presión del efecto chimenea, verti-calmente.

7. Calcular las presiones inducidaspor el sistema de impulsión de aire.

8. Establecer un modelo de presio-nes combinadas.


9. Empleo combinado del sistemade impulsión de aire.

10. Diseño del sistema.11. Diseño de las plantas.12. Distribución del sistema de de-

tección.13. Dimensionamiento de los venti-

ladores y de los conductos.14. Seleccionar los controles y pre-

parar los detalles.

SISTEMAS DE VENTILACIÓNPARA LA EXTRACCIÓN DELHUMO Y DEL CALOR

En caso de incendio, la función delas instalaciones para la extraccióndel humo y del calor (EHC) es la desacar el humo y el calor del interiorde un edificio mediante ventilaciónnatural, mecánica o por medio de unacombinación de ambas (siempre ycuando no se utilicen para eliminarhumos de una misma zona), de fun-cionamiento manual o automático,junto con el empleo de cortinas decontención del humo para limitar supropagación lateral y crear una zonalibre de humos debajo de una capade humo flotante (fig. 9).

La instalación contribuye a los si-guientes objetivos:

– Mantener las vías de evacuacióny de acceso libres de humo.

– Facilitar las operaciones de lu-cha contra el fuego mediante la crea-ción de una capa libre de humos.

– Retrasar o impedir el flash-over,evitando el pleno desarrollo del in-cendio.

– Reducir los daños causados porel humo y el calor.

– Disminuir las tensiones a las quese ven sometidos los elementos es-tructurales en caso de incendio.

Una instalación de ventilación natu-ral de humo y calor consiste en aber-turas para la salida de humos (exuto-rios), aberturas de entrada de aire y,cuando sea necesario, cortinas dehumo, detectores de humo o de calorconectados a una unidad central deactivación de los exutorios, dispositi-vos mecánicos para abrir los exu-torios (funcionamiento manual), asícomo el suministro de energía nece-sario para su funcionamiento. La ins-talación estará construida de modoque el funcionamiento manual puedaanular al automático.

Una instalación de ventilación me-cánica de humo y calor consiste enexutorios automáticos, extractores,cortinas de humo, entradas naturalesde aire situadas en niveles inferiores,y puede incluir conductos, compuer-tas contra incendios, un sistema dedetección de incendios para la activa-ción de los exutorios de humo, circui-tos eléctricos protegidos contra elfuego y suministro eléctrico de emer-gencia.

Como puede observarse estas ins-talaciones emplean tanto la extrac-ción como la contención, y en circuns-

FIGURA 9. Componentes de una instalación de ventilación para laextracción del humo y del calor.

1. Exutorios.2. Dispositivos mecánicos para abrir los exutorios.3. Extractores.4. Aberturas de entrada de aire.5. Cortinas de contención de humos.

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tancias especiales recurren también ala presurización de las zonas exterio-res a las que contienen el humo.

CONCLUSIONES

En los últimos años ha aumentadoconsiderablemente el conocimientodel movimiento del humo en los edifi-cios. Junto con el conocimiento hacaminado un paso atrás, pero con undesarrollo paralelo, el tema de la nor-malización en esa materia. Paísescomo Reino Unido o Bélgica, por citarsólo algunos de nuestro entorno, yadisponen de ellas.

También hay normas sobre la emi-sión de humo por parte de los mate-riales; desde luego, nada parecido auna norma «única» o universal, pero,incluso en países donde existen, mu-chas veces no son de aplicación ge-neral ni corresponden siempre a exi-gencias reglamentarias.

Las normas EN que se nos vienenencima en materia de reacción al fue-go de los productos de la construc-ción no contemplan, con carácter ge-neral, la limitación de la cantidad dehumo o de gases emitidos. Si acaso,


puede esperarse que algunos paísesmás concienciados las introduzcan,pero el resultado puede ser que untema tan necesario como éste seconvierta en una barrera técnica.

Como consecuencia de la mejoraen el «conocimiento» del humo y dela difusión de la informática, han apa-recido en los últimos años programasde modelización del movimiento delhumo como ayuda para el diseño. Sinembargo, es importante que el usua-rio de estas herramientas de diseñoconozca y comprenda los fundamen-tos del control del humo.

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La cantidad de humo producida por las llamas de un material que arde depende de la naturaleza química del combustible y de lascaracterísticas del fuego.

calculo de control de humos

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