Extinción por agentes gaseosos químicos.

SISTEMAS DE EXTINCIÓN
DE INCENDIOS
MEDIANTE GASES
FORO SEGURIDAD OVIEDO´09
AUTOR MANUEL JIMÉNEZ

CONCEPTOS BÁSICOS
CONCEPTOS BÁSICOS
• Agente gaseoso Limpio.
Aquella sustancia extintora que no deja
residuo alguno tras su aplicación
• Tipos de extinción.
• Aplicación Local.
• Inundación total
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CONCEPTOS BÁSICOS
APLICACIÓN LOCAL
CARACTERÍSTICAS
• Aplicación del Agente
extintor durante un tiempo
determinado
• Diseño especifico en cada
riesgo
¿CUÁNDO SE
RECOMIENDA APLICAR?
• Cuando el origen del fuego
esta definido
• Para lugares abiertos
• Valido para cualquier
agente, aunque es
preferible para aquellos con
un comportamiento más
líquido
MANUEL MANUEL JIMÉNEZ
JIMÉNEZ

CONCEPTOS BÁSICOS
INUNDACIÓN TOTAL
CARACTERÍSTICAS
• Aplicación del Agente
extintor de forma que
alcancemos y mantengamos
una concentración definida
de este, durante un tiempo
determinado
• Diseño genérico
¿CUÁNDO SE
RECOMIENDA APLICAR?
• Cuando el origen del fuego
no esta definido ó es
múltiple
• Para recintos cerrados
• Usado con agentes con un
comportamiento gaseoso
MANUEL MANUEL JIMÉNEZ
JIMÉNEZ

CONCEPTOS BÁSICOS
EXTINCIÓN Ó CONTROL DE INCENDIOS
•EXTINCIÓN:
Completa eliminación
de las llamas y
combustión existente
•CONTROL:
Limitación del
crecimiento y
propagación del fuego
Ambos pueden considerarse como objetivos en una protección contra
incendios.
Cada agente podrá cumplir uno u otro objetivo según la aplicación.
Es fundamental conocer cual se aplicará en cada circunstancia para
definir los planes de emergencia
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AGENTES GASEOSOS
•CO2
•GASES INERTES
AGENTES GASEOSOS
Mezclas de Argon y Nitrogeno
•GASES LIMPIOS
HFC´s
AGUA NEBULIZADA
No es un gas
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AGENTES GASEOSOS
•Uso más tradicional
CO2. VENTAJAS
•Tecnología muy contrastada
•Útil en aplicación local e inundación total.
•Sin residuos
•No conductor
•Aplicable en fuegos profundos
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AGENTES GASEOSOS
CO2. MECANISMOS DE EXTINCIÓN
•Reducción de la concentración de oxigeno
•Enfriamiento y absorción de calor
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AGENTES GASEOSOS
CO2. NORMATIVA
•Reducción de la concentración de oxigeno
•Enfriamiento y absorción de calor
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NORMATIVA
REGLAMENTOS PCI
• Reglamento de instalaciones de protección contra
incendios.
• Reglamento de seguridad contra incendios en
establecimientos industriales.
Referencias genéricas a los sistemas de gases.
• Código Técnico de la edificación
• Disposiciones específicas.
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NORMATIVA
NORMATIVAS DE DISEÑO
– UNE 23570 a 23577:2000 (Reedición para 2007)
– NFPA 2001:2004
– ISO 14520:2006
– NFPA 12:2004
– CEPREVEN R.T.4/2006
Normativa en Elaboración
– Norma EN 15004
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NORMATIVA
UTILIZACIÓN DE GASES ALTERNATIVOS
• Usos típicos:
– En presencia de material eléctrico y electrónico.
– Equipos de telecomunicaciones.
– Líquidos inflamables.
– Riesgos de alto valor añadido.
– Aplicaciones de inertización.
• No son adecuados:
– Productos químicos autocombustibles, autoxidables o que se
descomponen sin presencia de aire.
– Metales reactivos e hidruros de metales.
• Aplicaciones de protección de explosiones son posibles pero no se
recogen en las normas.
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HFC 23
HFC227ea
HFC125
Inertes
CO 2
DATOS TÉCNICOS
Presión vapor
(bar @ 20ºC)
41.8
3.9
12.1
N/A
58.6
Presión total
(bar @ 20ºC)
41.8
25/42
25/42
200/300
(@15ºC)
58.6
Factor llenado
(kg/l)
0.85-0.45
1.15-0.64
0.93
200/300 (bar)
0.75 y 0.67
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TIEMPO DE DESCARGA
TIEMPOS DE DESCARGA
•Es el tiempo en el que se debe descargar la cantidad necesaria de agente
para conseguir el 95% de la concentración de diseño estipulada.
–El 5% restante se debe descargar pero no hay límite de tiempo.
Considera la parte de agente en fase gaseosa dentro de la botella.
–Los agentes que no se presurizan deben considerar una cantidad
mayor que el 5%, bien por la elevada presión de vapor(FE13 y CO 2 ) o
por el flujo reducido cuando se reduce la presión en la botella(gases
inertes).
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TIEMPO DE DESCARGA
TIEMPOS DE DESCARGA
• Cuando el fuego es de crecimiento rápido es aconsejable diseñar
con tiempos cortos.
• Para gases licuados este valor debe ser 10s.
– Se fija para minimizar la formación de productos de
descomposición.
– Permite conseguir la concentración de diseño de forma
rápida.
• Para gases inertes y CO 2 este valor debe ser 60s.
– No existe límite real más que la minimización de los daños
provocados por el fuego.
– Permite diseñar sistemas con tuberías razonables.
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CONCENTRACIÓN
DE AGENTE
CONCENTRACIÓN DE AGENTE
• Es la relación en volumen entre la cantidad de agente y el
contenido total de gas (agente + aire) en la sala.
• Concentración de extinción:
– Es el valor mínimo que consigue la extinción de fuego
cuando se determina según protocolos normalizados de
laboratorio.
• Protocolos de pruebas clase A:
– Madera: Pira de madera (idéntico en todas las normativas)
– Plásticos: PMMA, ABS y polipropileno (disposición y criterios
diferentes según las normativas.)
• Protocolos de pruebas clase B:
– Cup burner.
– Prueba a escala real
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CONCENTRACIÓN
DE AGENTE
CONCENTRACIÓN DE AGENTE
• Concentración de diseño:
– Valor mínimo de concentración que se debe utilizar para diseñar un
sistema.(Concentración de extinción + factor de seguridad.)
– El factor de seguridad y la forma de aplicarlo depende de la
normativa utilizada.
• Concentración máxima de diseño:
– Es el valor de concentración que se alcanza en la sala teniendo en
cuenta la masa real de agente almacenado y la temperatura máxima
que se considera que puede darse en la sala.
– En general, los agentes que no se presurizan con nitrógeno
almacenan una cantidad superior a la necesaria.
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SEGURIDAD
NOAEL
LOAEL
SEGURIDAD
TIPO DE GAS RIESGO PARA LAS PERSONAS
Halogenados CARDIOTOXICIDAD
Inertes HIPOXIA
CO2 NO ABSORCION DE OXIGENO
GASES HALOGENADOS
GASES INERTES
NEL
LEL
Concentración más alta a la que no se observa un
efecto cardiotóxico adverso
Concentración más bajaa a la que se observa un
efecto cardiotóxico adverso
Concentración que reduce el contenido de oxigeno
en una sala al 12%
Concentración que reduce el contenido de oxigeno
en una sala al 10%
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SEGURIDAD
% CO 2
2
3
4-5
6
7-10
10-15
17-30
SEGURIDAD
Tiempo de exposición
Varias horas
1 hora
Varios minutos
1-2 minutos
16 minutos
Varias horas
Pocos minutos
Menos de 1 hora
Varios minutos
1 minuto
Efectos
Dolor de cabeza, disnea con
actividad física reducida
Disnea en reposo
Aumento de presión arterial
Disnea incómoda
Visión y audición afectados
Dolor de cabeza, disnea
Temblores
Inconsciencia, aumento ritmo
cardiaco, vértigo
Somnolencia, espasmos
Convulsiones, coma, muerte
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SEGURIDAD
• Modelo PBPK:
SEGURIDAD
– Physiologically Based Pharmacokinetic model.
– Parte de los conceptos de NOAEL y LOAEL
– Sólo es aplicable a los gases halogenados.
– Modeliza la absorción por vía respiratoria de los
compuestos en sangre y los relaciona con su efecto
cardiotóxico en función del tiempo de exposición.
– Permite establecer las dosis máximas admisibles en lugar
de fijar valores absolutos.
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SEGURIDAD
REQUISITOS DE SEGURIDAD HFC´s
• Areas normalmente ocupadas (UNE e ISO Actuales)
Concentración
< NOAEL
Entre NOAEL y
LOAEL
> LOAEL
Requerido
Requerido
Interruptor
automático manual
No requerido
Requerido
Requerido
• Area normalmente ocupadas (UNE próxima)
Concentración
< NOAEL
Entre NOAEL y
LOAEL
Tiempo de
retardo
Requerido
Condiciones de uso
Válvula de aborto
No requerido
No requerido
Requerido
Utilización permitida para tiempo evacuación menor de 5
minutos
Utilización permitida para tiempo evacuación menor de
que el indicado por el modelo PBPK
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SEGURIDAD
REQUISITOS DE SEGURIDAD INERTES
UNE próximas e ISO y NFPA actuales
Concentración
C

SEGURIDAD
DATOS DE CONCENTRACIONES
HFC23
HFC227
HFC125
IG 01
IG 55
IG 541
IG 100
UNE
18.0
7.5
N/D
38.0
37.8
36.5
N/D
Clase A
ISO
16.3
7.9
11.2
41.9
40.3
39.9
40.3
Clase B (heptano)
UNE
15.6
8.6
10.5
48.8
42.0
43.9
43.7
ISO
16.4
9.0
12.1
51.0
47.5
41.2
43.7
Se pueden utilizar valores diferentes a los de la tabla siempre que estén
avalados por un laboratorio de reconocido prestigio (UL, LPCB, VdS,…)
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AGENTES
CÁLCULO DE LA MASA NECESARIA
• Gases halogenados:
– Masa = Volumen/S · C/(100-C) en kg
• Gases inertes
– Masa = Volumen/S · ln(100/(100-C)) en kg
– V R =Masa/S R en m 3
donde
– S=k 1 + k 2 · t
– S R =k 1 + k 2 · t R
– V R volumen de gas a temperatura t R y presión atmosférica.
– siendo
• k 1 y k 2 constantes específicas de cada gas
• t temperatura mínima de diseño para el riesgo
• t R temperatura de referencia
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AGENTES
CORRECCIONES DE AGENTE
NECESARIO
• Corrección por altitud (barométrica):
– Debido a los cambios de presión por altitud se
debe corregir la masa necesaria. A mayor altura
(menor presión) la masa necesaria es menor.
– Aplica a todos los agentes
• Cantidad adicional para HFC23, gases inertes y CO 2.
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AGENTES
DISTRIBUCIÓN DEL AGENTE
Sin presurizar
Fase vapor formada por:
• Agente vapor
Fase líquida formada por:
• Agente líquido
Con N 2
Fase vapor formada por:
• Agente vapor
• Nitrógeno gas
Fase líquida formada por:
• Agente líquido
• Nitrógeno disuelto
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AGENTES
CANTIDADES ADICIONALES DE AGENTE
• HFC23 (FE-13 ®):
– La cantidad en fase gaseosa en condiciones de diseño es
de 15-40% del total.
– Depende de la densidad de llenado, y del diseño de la red
de tubería.
• CO 2 y gases inertes:
– Debido a que el llenado de las botellas es genérico. La
cantidad necesaria se redondea al número de botellas.
– Dado que el número de botellas es, en general, grande la
cantidad adicional no es un porcentaje elevado.
• CO 2 :
– Cantidades adicionales en función del tipo de aplicación y
de sistema.
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EFECTOS DESCARGA
EFECTOS DURANTE UNA DESCARGA
• Reducción de la concentración inicial de oxígeno.
• Aumento de la presión en la sala.
• Formación, en presencia de fuego, de productos de
descomposición (gases halogenados).
• Reducción de temperatura.
• Ruido.
• Turbulencia.
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EFECTOS DESCARGA
EFECTOS DURANTE UNA DESCARGA
• REDUCCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE OXIGENO
70
60
50
40
30
20
10
0
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
Conce ntración final de oxíge no (% vol)
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EFECTOS DESCARGA
EFECTOS DURANTE UNA DESCARGA
AUMENTO DE LA PRESIÓN
• Al introducir cualquier cantidad de gas en un espacio cerrado,
manteniendo la temperatura constante, la presión aumenta
proporcionalmente a la cantidad introducida.
• Para los gases halogenados se observa, además, una
disminución de presión inicialmente debido al enfriamiento por
vaporización.
• Si no existen medios para liberar la presión creada se pueden
producir daños estructurales en la sala.
• Es necesario proveer venteos de alivio para evitar este efecto.
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EFECTOS DESCARGA
EFECTOS DURANTE UNA DESCARGA
PRODUCTOS DE DESCOMPOSICIÓN
• Los gases halogenados se descomponen en presencia del
fuego formando HBr, HCl y/o HF en función de la presencia de
Br, Cl y/o F en la molécula.
• La cantidad de productos de descomposición depende de:
– Tiempo de contacto entre el gas y el fuego.
– Cantidad de gas en contacto con el fuego.
– Tamaño del fuego.
• La concentración de HF depende, además, del tamaño de la
sala.
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SISTEMA DE
EXTINCIÓN
ESQUEMA DE UN SISTEMA DE EXTINCIÓN
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Objetivo:
CÁLCULO HIDRÁULICO
CÁLCULO HIDRAÚLICO
Descargar la masa de agente necesaria para conseguir la
concentración de diseño en el riesgo, en un tiempo máximo
llamado tiempo de descarga.
Software de cálculo hidráulico:
Permite dimensionar el calibrado de las piezas técnicas
(difusores, reductores de presión) que ajustan el caudal y la
presión a los que debe funcionar nuestro sistema para
descargar en el tiempo requerido
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CÁLCULO HIDRÁULICO
PARAMETROS DE CÁLCULO PARA
GASES LICUADOS
– Gases licuados:
• Flujo bifásico compresible.
• Régimen turbulento.
• Condiciones medias de descarga.
– Gases no licuados:
• Flujo compresible en fase gaseosa.
• Cálculo dinámico.
• Presión en tubería tras el restrictor.
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CRITERIOS DE CÁLCULO DE DIFUSORES
• El parámetro de diseño de difusores es el área libre de paso más
pequeño.
• Para que un difusor cumpla su cometido se tiene que cumplir que:
– A difusor < 0.7 ·A tubería
– P difusor > P mínima
• La presión mínima depende del gas y de las limitaciones del
programa de cálculo.
• Para el resto de los gases aplican las condiciones descritas para
otros programas.
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CRITERIOS DE CÁLCULO DE
RESTRICTORES
• El restrictor sirve para reducir la presión en tubería y
determina el caudal de descarga.
• Funciona provocando un flujo crítico a su través, de forma
que el caudal es independiente de la pérdida de carga.
• Los difusores deben asegurar además que no crean una
restricción adicional, por lo que su área de paso ha de ser
mucho mayor que la del restrictor.
• Los difusores son los responsables de la presión creada
tras el restrictor.
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ALGUNAS CONSIDERACIONES DE
CÁLCULO
• Gases licuados:
– Presiones de almacenamiento mayores y factores de
llenado inferiores permiten, bien descargas más rápidas,
bien tuberías más pequeñas.
• Gases inertes:
– Para favorecer la descarga puede ser útil aumentar el
número de botellas cargadas a la misma presión.
– A mayor presión después del restrictor mayor capacidad
de descarga.
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PROTECCIÓN DEL
MEDIOAMBIENTE
PROTECCION DEL MEDIOAMBIENTE
• Protección de la capa de Ozono
(Protocolo de Montreal)
• Protección del efecto Invernadero
(Protocolo de Kyoto)
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• OBJETIVO
PROTECCIÓN DEL
MEDIOAMBIENTE
EFECTO INVERNADERO (PR. KYOTO)
• METODOLÓGIA
• ACCIONES
Evitar el calentamiento global
Identificación de las aplicaciones, Planteamiento
de uso racional y eficiente
Reducción (NO ELIMINACIÓN) de las emisiones de
gases invernadero
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PROTECCIÓN DEL
MEDIOAMBIENTE
HFC´s
• EMISIONES
Emisiones HFC´s son el 2% de las emisiones totales
P.C.I. (se considera una actividad NO emisiva)
Emisiones HFC´s (P.C.I.) son el 3% de emisiones totales de HFC´s
Luego son el 0,006 % de las emisiones totales
• REGLAMENTACIÓN MEDIOAMBIENTAL
No tiene ninguna restricción de uso medioambiental
En el reglamento 842/2006/CEE de gases fluorados no incluye
restricción alguna de uso de HFC´s para P.C.I.
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• Oficina central (Planta Barcelona)
C/ Mestre Joan Corrales 107-109
08950 Esplugas de Llobregat (Barcelona, España)
℡ +34 93 480 29 25 + 34 93 473 74 92
• Planta Madrid
C/Sierra de Guadarrama,32. P.I. San Fernando I.
28830 San Fernando de henáres(Madrid, España)
℡ +34 91 677 52 57 + 34 91 677 53 83
• Delegación Sur
C/ Aviación,18; 1ª Planta. P.I. Calonge
41007 Sevilla (España)
℡ +34 955 04 00 04 + 34 955 04 00 01
www.lpg.es
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