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Analisis del impacto de la orientación del rociador y la pendiente del techo en la densidad de aplicación de los rociadores automáticos

Es conocido que no existe suficiente información de Fire Tests para determinar el efecto de la pendiente del techo y la orientación del deflector del rociador en su capacidad de extinguir el fuego. Por sentido común, dado que los cálculos se hacen suponiendo un techo sin pendiente con proyección del patrón del rociador en el suelo, si el rociador está inclinado el patrón de descarga se deformará y por ende la densidad será variable. Aparte de eso, si la pendiente del techo es mu alta, parte del agua del rociador chocara con el techo antes de llegar al fuego, afectando su factor de penetración y el momentum del mismo (por el hecho de la pérdida de energía cinética del agua). Como esta es siempre una pregunta básica de los seminarios de rociadores, me permito compartir un articulo muy interesante al respecto, donde se evalúa el impacto de la orientación del rociador y la pendiente del techo en la densidad de aplicación de los rociadores automáticos. Espero que sea de utilidad para los lectores.

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Tipos de Incendios y Explosiones en Instalaciones Industriales

POOL FIRE o INCENDIO DE CHARCO

En inglés, pool-fire. Consiste en la combustión estacionaria de líquido inflamable en un recinto descubierto, ya sea en un charco en el suelo formado por derrame de un líquido o un gas licuado inflamable, o bien un tanque descubierto. Dentro de los límites del charco, el fuego es letal en un 100% debido al contacto directo con las llamas. El área del charco es el área máxima del gas licuado o líquido disperso. La radiación térmica tiene un alcance limitado.

DERRAMES TERRESTRES

Este área del incendio se asimila en la superficie de la cubeta en caso de existir, o en la superficie del tanque si lo que quema es su contenido.

En caso de derrame no contenido:

  • Si la fuga es continua, la superficie del incendio llega a un equilibrio entre la aportación de combustible y la combustión.
  • Si la fuga es instantánea, el líquido se extenderá hasta encontrar una barrera o hasta que se haya consumido todo el combustible.

BOIL-OVER

se produce en la combustión de determinados aceites (Fuel Oil) en un recipiente abierto. Se caracteriza por un aumento súbito de la intensidad del fuego seguido de la expulsión del producto incendiado fuera del recipiente después de un largo período de combustión lenta que hacía pensar que la situación estaba controlada.

El fenómeno “Boilover” se genera como consecuencia de que los residuos de combustión superficial se vuelven más pesados y se van hundiendo formando una capa caliente (onda calorífica) descendiente, bajando más rápidamente que la recuperación de la superficie del líquido. Cuando en el fondo del depósito existe una capa de agua (caso frecuente, tanto si se ha previsto de esta manera para el almacenaje sobre “cama húmeda”, como porque sea agua procedente de lluvia y condensaciones que ha decantado en el fondo), esta capa de agua se va calentando. Si la temperatura que adquiere el agua llega a ser tal que inicie la ebullición, se vaporizará y en expansionarse estos vapores proyectarán hacia el exterior del depósito gran parte de la masa líquida, que se extiende encendida alrededor del depósito. Para evitarla, hace falta enfriar el tanque en la zona donde se encuentra la onda calorífica, es decir, a partir del punto donde el agua se evapora al dirigir el chorro de agua.

DERRAMES EN EL MAR

En general se forma una mancha de combustible en el mar, la extensión de la cual aumenta como más se retarde la ignición, mientras que en cambio disminuye su grosor. Según varios estudios, para la ignición hace falta un grosor mínimo superior a 1.25 mm , y una temperatura del combustible superior a la temperatura de inflamación.

En caso de encenderse, el incendio continuará mientras el grosor sea suficiente (por encima de los 0.8 mm), y al mismo tiempo se irá fragmentando en manchas más pequeñas.

JET FIRE o INCENDIO DE GAS

Se llama dardo de fuego o “jet-fire” a la ignición de un chorro turbulento de gas inflamable. Se llama llamarada o “flash-fire”a la ignición de un escape bifásico.

En los dos casos se supone un 100% de letalidad debido al contacto directo con las llamas y con la sofocación. Debido a la falta de homogeneidad en la nube, la inflamación del chorro es posible hasta un contorno del Límite Inferior de Inflamabilidad igual al 50% del LII.

DARDO DE FUEGO

El fenómeno conocido como “jet-fire” o dardo de fuego, consiste en una llama estacionaria de gran longitud y poca anchura, como la de un soplador. Se produce por la ignición de un flujo turbulento de gas. Se da en caso de fuga de vapores o gases inflamables a presión, por un agujero, una válvula o una tubería seccionada, produciéndose una llama aproximadamente constante hasta agotar el combustible. Es el mismo fenómeno que se aplica a las antorchas de seguridad para eliminar subproductos no deseados o gases en exceso.

Tiene un alcance limitado, pero es especialmente peligroso por lo que se refiere al efecto dominó, ya que la llama es direccional y constante.

FLASH FIRE o INCENDIO DE UNA NUBE DE GAS

La llamarada o “flash-fire” proviene de un derrame de gas o vapores inflamables que forman una nube hasta llegar al punto de ignición. También se produce a consecuencia del derrame de un líquido que se evapore en condiciones atmosféricas, que de hecho se trata como una fuga continua de vapor a la atmósfera.

En caso de ignición, la llama se desplaza desde el punto de ignición hacia la fuente a través de las zonas de la nube que se encuentran dentro de los límites de inflamabilidad. Todo el proceso tiene una duración muy corta (unos pocos segundos), y en todo caso es difícil de establecer el umbral entre incendio (donde predomina la radiación térmica) y explosión (donde predomina el efecto de sobrepresión).

Dentro de sus límites, la nube inflamable de gas supone un 100% de letalidad debido al contacto directo con las llamas y a la sufocación. Debido a la falta de homogeneidad en la nube, la inflamación de la nube de vapor puede ser hasta en un contorno con el Límite Inferior de inflamabilidad igual al 50%. De manera que la distancia desde el punto de escape hasta otro que llegue al 50% del LII será considerada como criterio para la máxima distancia de letalidad.

BOLA DE FUEGO

En caso de fuga instantánea e ignición casi inmediata se habla de bola de fuego o “ball-fire”, normalmente asociada al fenómeno de BLEVE (ver [+ info] a explosiones).

EXPLOSIONES CONFINADAS (CVE)

Corresponden a fugas de gas o vapores inflamables en un recinto cerrado, en caso de encontrarse dentro de los límites de inflamabilidad y de existir un punto de ignición.

Si el recinto es diáfano, tiene pocos obstáculos o divisiones (por ejemplo un depósito), la explosión es muy destructiva para el recinto, pero menos de cara al exterior. En cambio, si el recinto incluye obstáculos y divisiones, se producen detonaciones locales y, en general, sobrepresiones mucho más fuertes que en el caso anterior. Además, a la hora de valorar los efectos sobre el exterior, hace falta tener en cuenta la proyección de fragmentos, especialmente significativa en los daños indirectos y, sobretodo, en el posible efecto dominó, al impactar sobre otros equipos donde se pueden generar nuevos accidentes.

Así pues, en caso de nube de gas inflamable confinado es posible que se produzcan consecuencias debidas a las sobrepresiones de fuera de los contornos de la nube de gas. Se indica el alcance de la sobrepresión de 125 mbar (ZI) y de 50 mbar (ZA) desde el centro de la nube.

EXPLOSIONES DE RECIPIENTES

De hecho se trata de explosiones confinadas, que se dan principalmente cuando se eleva la presión interior del recipiente de manera violenta y el recipiente llega a perder su resistencia mecánica.

Los fenómenos que principalmente provocan este tipo de escenario son la explosión de una mezcla inflamable contenida en el recipiente, la detonación interna de origen químico (runaway) o la descomposición de un material energético con la consiguiente generación de gases.

EXPLOSIONES DE VAPORES NO CONFINADOS (UVCE)

Corresponden a la explosión de una nube de gas inflamable o de vapores procedentes de un derrame de líquido inflamable. En cualquier caso, una vez formada la nube ésta puede:

  • Dispersarse sin ignición y sin daños.
  • Encenderse generando un incendio de charco.
  • Dispersarse en un área grande y producirse la ignición después de un cierto tiempo, formando una llamarada (ver [+ info] a incendios).
  • Dispersarse en un área grande y producirse la ignición después de un cierto tiempo, pero con un frente de llama tan acelerado que genera una onda de sobrepresión.

De hecho, las mezclas de vapores inflamables pueden deflagrar con mayor o menor violencia en función de múltiples factores: concentración, características del producto, cantidad entre límites de inflamabilidad y grado de confinamiento. En general, se considera correcto el criterio de Kletz 1977, recogido a Lees 1986, según el cual la probabilidad de una explosión de una nube de vapor en espacios no confinados, es del 10% si la nube está formada por 10 t de vapor, y del orden del 1% o del 0.1% si en la nube hay 1000 kg o menos.

Así en las hipótesis de nubes inflamables se calcula el efecto de llamarada para aquellos casos en que haya menos de 1000 kg de producto formando la nube. En estas condiciones los vapores se incendian sin efectos apreciables de sobrepresión, y se produce un flash tire o llamarada.

Para explosiones de nubes de gas no confinadas se indica el alcance de la sobrepresión de 125 mbar (ZI) y de 50 mbar (ZA) desde el centro de la nube.

EXPLOSIÓN DE POLVO

Cualquier producto sólido combustible en aire puede generar una explosión, si se encuentra en partículas suficientemente pequeñas y suspendido en un espacio y una cantidad de aire suficiente que permita a cada partícula quemar libremente. Estamos hablando de cereales, fibras, aluminio, plásticos, hierro, pesticidas, carbón…como fuente de ignición sirven llamas, rozamientos, electricidad estática..

Solamente los productos estables en el oxígeno como la arena, el cemento y, en general, los silicatos, sulfatos, carbonatos y fosfatos, no experimentan este fenómeno.

Lo más importante, pero, es que las concentraciones de polvo necesarias para llegar al límite inferior de explosividad son altísimas, hecho que explica la baja accidentalidad. Una nube muy por debajo de este límite resulta molesta para el hombre.

BLEVE

Acrónimo de la expresión inglesa “boiling liquid expansive vapor explosion”, esto es, expansión explosiva de un líquido en ebullición. Sucede cuando se revienta un depósito que contiene gas licuado a presión, por coincidencia de tres factores:

  • Sobrecalentamiento del producto por encima de la temperatura de ebullición a la presión atmosférica.
  • Bajada súbita de presión debido a una rotura mecánica del depósito o a otras causas.
  • Puntos de nucleación donde empieza el proceso expansivo.

Normalmente el depósito revienta de forma particularmente violenta, ya que puede llegar a impulsar trozos de material a centenares de metros. Al bajar súbitamente la presión hasta igualar la presión atmosférica, yi dado que el líquido se encuentra en estado de sobrecalentamiento, se produce el cambio de fase de líquido a vapor, de manera instantánea y violenta. Puede producirse con cualquier gas licuado a presión, sea o no inflamable. La diferencia con las explosiones de materias inflamables es que no se trata de una reacción química de combustión, sino de un proceso físico: el cambio de fase de líquido a gas, que se se produce de forma instantánea y explosiva.

El principal peligro es el derivado de la onda de presión y de la proyección de fragmentos y rotura de estructuras. Si el líquido es inflamable, el peligro se incrementa porque la explosión viene seguida de bola de fuego, con la consiguiente emisión de radiación térmica.

BOLA DE FUEGO

El fenómeno conocido como fire hall acostumbra a ser consecuencia de una BLEVE con producto inflamable. Consiste en una llama de propagación por difusión, formada por una masa importante de combustible que se ha encendido. Dado que no hay suficiente aire en el interior de la nube, quema solamente por su periferia, al mismo tiempo que se calienta el conjunto, lo que hace que la bola de fuego crezca y se dirija hacia arriba. Según el análisis histórico, el alcance de la radiación es de 400 metros aproximadamente.

CONSIDERACIONES SOBRE FUEGOS EN EQUIPOS DE COCINAS INDUSTRIALES

Tipos de Fuego en Cocinas Industriales

Los fuegos esperados en las cocinas son los del tipo K. Estos fuegos Son los fuegos derivados de la utilización derivados de aceites para cocinar.  Las altas temperaturas de los aceites en un incendio excede con mucho las de otros líquidos inflamables, haciendo inefectivos los agentes de extinción normales.

Medio de Extinción de Fuegos en Cocinas Industriales

La NFPA 96 Standard for Fire Protection of Commercial Cooking Operations, exige el uso de sistemas de extinción portátil y automáticas para la protección de cocinas, de acuerdo a lo establecido en el capítulo 10:

10.1 General Requirements.
10.1.1 Fire-extinguishing equipment for the protection of grease removal devices, hood exhaust plenums, and exhaust duct systems shall be provided.

10.1.2* Cooking equipment that produces grease-laden vapors and that might be a source of ignition of grease in the hood, grease removal device, or duct shall be protected by fire-extinguishing equipment.

Los medios de extinción portátiles deben ser extintores que saponicen, hidrolicen,  el fuego, de acuerdo a lo recomendado en la misma norma

10.10 Portable Fire Extinguishers.
10.10.1* Portable fire extinguishers shall be installed in kitchen cooking areas in accordance with NFPA 10, Standard for Portable Fire Extinguishers, and shall be specifically listed for such use.
10.10.2 Extinguishers shall use agents that saponify upon contact with hot grease such as sodium bicarbonate and potassium bicarbonate dry chemical and potassium carbonate solutions.

La NFPA 10, indica cómo deben ser los extintores a ser usados

4.3.2* Class K Fire Extinguishers for Cooking Oil Fires. Fire extinguishers provided for the protection of cooking appliances that use combustible cooking media (vegetable or animal oils and fats) shall be listed and labeled for Class K fires. Class K fire extinguishers manufactured after January 1, 2002, shall not be equipped with “extended wand–type” discharge devices.

En general deben usarse extintores especialmente marcados para Fuegos clase K, y no pueden usarse agentes gaseosos, como lo establece la NFPA 96 en su aparte 10.10.3

10.10.3 Class B gas-type portables shall not be permitted in kitchen cooking areas.

Los medios de extinction automaticos deben ser de acuerdo a la misma norma NFPA 96,  que recomienda que deben ser a base de agentes húmedos de acetato o carbonato de potasio, con medios de activación automáticos y medios de seccionamiento del gas de la cocina. Para mayores detalles consulte el anexo NFPA 96 Fire Protection of Commercial Cooking Operations en el capitulo 10.

Sistemas de Extincion Automatica de Fuegos en Cocinas Industriales

Un sistema de extinción automática para cocinas industriales debe cumplir con las exigencias de la NFPA 96 y ser listados UL para tales aplicaciones.

Un sistema de este tipo debe incluir al menos los siguientes componentes:

Agente químico húmedo – El agente extintor es una mezcla de sales orgánicas de potasio (carbonato de potasio)  diseñado para una rápida supresión de las llamas y de fuegos de grasa por medio de espuma.

Botella de agente – La botella de agente debe estar instalada en un armario de acero inoxidable o sobre un soporte de pared. La botella debe ser  fabricada de acero con una presión de funcionamiento de 110 psi (7,6 bar), una presión de prueba de 330 psi (22,8 bar) y una presión mínima de ruptura de 660 psi (45,5 bar).

Mecanismo de descarga regulada – El mecanismo de descarga regulada es un dispositivo con resorte de tipo mecánico/neumático capaz de proporcionar gas impulsor a una, dos o tres botellas de agente en función de la capacidad del cartucho de gas utilizada debe poseer la capacidad de actuación automática por medio de un sistema de detección con eslabones fusibles y accionamiento manual a distancia por medio de una unidad de disparo manual.

Boquillas de descarga – Cada boquilla de descarga debe ser probada  y suministrada para una aplicación específica.

Unidad de disparo manual – La unidad de disparo manual a distancia será fabricada de un material compuesto moldeado de color rojo. El color rojo hace que la unidad sea fácilmente identificable como dispositivo manual para el disparo del sistema de supresión de incendios.

Válvula de corte de Gas – debe ser de acero inxodable o bronce actuada automáticamente por el sistema de extinción.

Recomendamos la lectura de la hoja técnica anexa Sistemas De Supresión De Incendios Para Restaurantes R-102 Datos Especificaciones para más detalles.

Sistemas De Supresión De Incendios Para Restaurantes R-102 Datos Especificaciones