La protección de edificios y de sus ocupantes ante eventos incendiarios es una labor que reúne a diversas especialidades. Los sistemas de ventilación, si bien incapaces de sofocar por sí solos la presencia del fuego, cumplen una labor vital en la limitación de los impactos y en facilitar la evacuación segura de las personas
Eréndira Reyes
La seguridad que deben brindar los espacios públicos, como son edificios de oficinas, centros comerciales o universidades debe considerar un abanico de opciones que pueden tener los operadores y los usuarios en caso de algún conato de incendio, por ejemplo, en el que uno de los principales problemas a los que se enfrentan los bomberos que llegan a mitigar el fuego es la carencia de ventilación, debido a que la acumulación de humo dificulta el rastreo para la localización del origen del fuego y retrasa la localización de las víctimas.
En los recintos cerrados, propensos a experimentar distintos tipos de fenómenos y por ende sus consecuencias, los métodos de ventilación podrán facilitar la labor de los profesionales que se encarguen de mitigar el accidente, quienes tienen por objetivo evitar pérdidas humanas, así como localizar y limitar el incendio en su lugar de origen y extinguirlo con el mínimo de pérdidas y de daños materiales, por lo que conocer las herramientas disponibles es indispensable.
Por supuesto, existen espacios más críticos que otros debido al manejo de gases o químicos en plantas industriales o laboratorios, los cuales requerirán de precauciones que difieren a aquellas establecidas en espacios residenciales o comerciales. Ante esto, el director General del heroico cuerpo de bomberos en el Distrito Federal, el primer superintendente Raúl Esquivel, comenta que “hay bastante por considerar en un incendio, situación donde la capacitación con la que cuentan los bomberos de la Ciudad de México los ayuda a definir el plan de acción que llevarán a cabo al momento de ingresar a un espacio, que, de carecer de ventilación, acentúa la problemática, ya que es más riesgoso entrar a un lugar bajo tales condiciones”, aclara.
Según el cuerpo de bomberos, la ventilación se “refiere a los procedimientos específicos necesarios para producir una evacuación planeada y sistemática del humo, calor y gases del exterior de una estructura determinada”.
Una ventilación deficiente, por lo tanto, significaría una labor más difícil, al impedir una rápida localización del foco del incendio y, por consiguiente, el entorpecimiento de los trabajos de extinción al interior del lugar, lo que ocasionará bastantes problemas si se llega a propagar el fuego.
Ante esta problemática uno se pregunta cómo es factible apoyar en la labor diaria a los bomberos desde la posición de instaladores de sistemas de ventilación, cuya respuesta se halla en la eliminación de humo al interior del espacio afectado, lo que se logra al ventilar la zona.
Ahora bien, la importancia de la ventilación para el cumplimiento de los objetivos de seguridad existentes en cualquier edificio es indispensable, y las normativas aplicables en la construcción de nuevos edificios son claras al respecto.
Cometidos de la ventilación
La ventilación, al ser la técnica que permite sustituir el aire ambiente interior de un local, considerado inconveniente por su falta de pureza, temperatura inadecuada o humedad excesiva, por aire exterior de mejores características, según las hojas técnicas de la empresa Soler & Palau, resuelve funciones vitales de los individuos, tales como la provisión de oxígeno para su respiración y el control del calor que producen; a la vez que les proporciona condiciones de confort ideales en las que la temperatura, humedad, velocidad y dilución de olores indeseables estén controladas.
Mientras tanto, en las máquinas, instalaciones y procesos industriales permite controlar el calor, la toxicidad o la potencial explosividad de su ambiente.
En general, existen varios tipos de ventilación dentro de los que se podrá elegir el ideal para cada aplicación específica.
1) Ventilación por sobrepresión
Es el resultado de poner en sobrepresión el aire interior respecto de la presión atmosférica, por lo que el aire fluye hacia el exterior por las aberturas dispuestas para su respectiva salida. Lo que hace, a grandes rasgos, es barrer los contaminantes interiores y dejar el local lleno del aire puro exterior
2) Ventilación por depresión
Se logra colocando un ventilador que extrae el aire del local, lo que provoca que éste quede en depresión respecto de la presión atmosférica. Así, el aire penetra desde fuera por la abertura adecuada, lo que hace que el aire se limpie
3) Ventilación ambiental o general
Se trata de la difusión de aire que entra al interior del edifico y que se distribuye a lo largo del espacio interior antes de alcanzar la salida. El inconveniente que presenta es que, de existir algún foco contaminante, como sucede en el sector industrial, el aire de una ventilación general esparcirá el contaminante por todo el local antes de ser captado hacia la salida, aspecto que afectará el ambiente interior, lo cual puede ser peligroso
4) Ventilación localizada
El aire contaminado es captado en el mismo lugar que se produce, esto evita su difusión por todo el local. Esta técnica se logra a base de una campana que abraza lo más estrechamente posible el foco de polución, que posteriormente conduce directamente el aire captado al exterior
5) Ventilación mecánica controlada
Es un sistema que se utiliza para controlar el ambiente de una vivienda, un local comercial o edificio, permitiendo introducir recursos para el ahorro de energía.
Es importante decir que el humo y los gases generados durante un incendio en un recinto cerrado producen varios fenómenos físicos, esto hace necesaria una estrategia adecuada para cada recinto.
Hay que considerar que en las funciones del cuerpo de bomberos existen distintos procedimientos, pero sobre el tema de ventilación aplica en dos requerimientos claves, según el manual del cuerpo de bomberos en la Ciudad de México.
Objetivo o propósito: en todas las operaciones de lucha contra el fuego y las de ventilación, en particular, serán más efectivas las acciones cuando los recursos se encaminen hacia la consecución de un objetivo determinado, de modo que quede poco margen para el azar o la improvisación, por lo que las especificaciones de diseño de los equipos de ventilación y, por consiguiente, los planes de emergencia que se tengan en la operación de los recintos serán de mucha ayuda.
Preplanificación: Las consideraciones sobre ventilación deben estar precedidas por procedimientos operativos estándar, esto significa que deben ir acorde a los protocolos de acción que establecen una base para que las operaciones de ventilación sean seguras y efectivas. Una buena comunicación entre la operación y el cuerpo de bomberos en tal sentido será de gran ayuda al momento de presentarse un conato.
Aunado a estos puntos, se debe precisar que la evacuación de humo, calor y gases debe tener el objetivo principal de evacuar a tiempo todos estos componentes a través de los sistemas de ventilación, pues se debe reducir y eliminar la existencia de productos de combustión.
También se tiene que buscar el descenso de temperatura interior de la zona afectada, una mayor visibilidad para los ocupantes, así como los equipos de rescate ayudando a que exista la posibilidad de efectuar los rescates, la inspección de las zonas más riesgosas y la posterior extinción del foco en tiempos menores.
Tales acciones también reducen, de manera general, las pérdidas por fuego y aumenta la seguridad para los bomberos al disminuir el riesgo de producción de una combustión súbita generalizada (flashove) o de una llamarada (blackdraft), fenómenos comunes en espacios cerrados.
Además de este tipo de accidentes que se previenen, los sistemas de ventilación pueden auxiliar al cuerpo de bomberos en otros fenómenos que se presentan y que comúnmente se pueden prevenir.
Fenómenos de un incendio
La acumulación de humos y gases que se generan en un incendio en un área cerrada produce varios fenómenos físicos.
- Tiro térmico. Se produce en los fluidos cuando se calientan. Las sustancias, al calentarse, se dilatan y entonces disminuye su densidad. Si se considera la masa de un fluido, la porción más caliente tiene menos densidad, de modo que asciende (flota) sobre la porción de fluido más fría. Este efecto es el responsable de muchos otros, como el del intercambio de calor por convección. También puede servir para provocar una circulación natural en los ambientes habitados o en redes de tuberías.
- Diferencia de densidad. Entre los gases frío y caliente se puede originar un movimiento vertical del humo hacia las partes altas del local, factor que es de cuidado.
- Sobrepresión. El aumento de temperatura en la zona siniestrada origina en el área una presión superior a la de los locales cercanos y a la del exterior, lo que provoca la expansión de un volumen importante de gases hacia las dependencias y locales contiguos.
La consecuencia, según el presidente de la Asociación Nacional de Protección contra el Fuego (NFPA, por sus siglas en inglés), Capítulo Ciudad de México, el ingeniero Salvador Gómez Martínez, “es la creación de un gradiente de presión entre la zona alta del local, donde hay humos calientes y densos, y la baja, donde se encuentran humos menos calientes y más diluidos, por lo que surge una zona o plano neutro donde se puede accionar”, apunta el especialista.
Por su parte, el superintendente Raúl Esquivel enfatiza que “la localización del foco del incendio será menos dificultoso y más seguro si se consigue elevar el plano neutro y procurando que la zona de baja presión sea lo más alta posible. Los bomberos podemos beneficiarnos de estos efectos metiendo aire fresco desde el exterior hacia las zonas inundadas de humo; o bien, sacando aire caliente desde la parte alta del local que se está incendiando hacia el exterior. El resultado de una u otra acción será en esencia la elevación del plano neutro”, aclara.
Así, surge el cuestionamiento de cuál sería el mejor método o la mejor técnica de ventilación por aplicarse en un incidente de este tipo. Se sabe que los métodos de ventilación son variados, pero los que se usan de forma más cotidiana son dos: la ventilación natural y la ventilación mecánica.
Ventilación y efectividad
En edificios de una planta, la ventilación natural es más común, aunque en el caso de edificaciones antiguas aún es posible observarla. Es el método más simple y, a grandes rasgos, consiste en aprovechar las corrientes de convección natural, ya sea que se abran las puertas, ventanas o techos. Esta acción ayuda a que las zonas de calor o donde se encuentra el incendio se puedan mitigar.
Aquí se aplican las leyes básicas de la física para el proceso de ventilación, pues el aire caliente se eleva y el aire frío desciende, aunque su éxito depende de la proximidad de las aberturas de ventilación a los lugares donde se encuentran los contaminantes, así como de su tamaño y la cantidad de aberturas que existen en el espacio. Además, se debe definir la existencia de obstáculos que puedan dificultar el recorrido de contaminantes hacia las aberturas.
Igualmente, se necesita la localización de las aberturas según la dirección del viento; es decir, hacia el barlovento o sotavento, lo que significa que se debe definir la parte de donde viene el viento respecto de un punto o lugar determinado; así como la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior del edificio.
Otro factor es el clima, porque la humedad y las bajas temperaturas dificultan el desarrollo de las corrientes de convección naturales.
También se utiliza frecuentemente la ventilación horizontal, englobada dentro de la ventilación natural al apoyarse en las condiciones climáticas del lugar y en especial en la fuerza y dirección del viento para la localización de aberturas.
Cabe destacar que cuando no hay viento, la ventilación horizontal es menos efectiva, ya que la fuerza del viento necesaria para sacar el humo está ausente; incluso, no puede llevarse a cabo si el viento sopla, porque puede ser peligroso por el riesgo a incendiar algún objeto o alimentar el incendio con oxígeno. Por lo tanto, el viento juega un papel muy importante a la hora de establecer protocolos de emergencia en un inmueble.
Normalmente, esta técnica no descarga el calor y el humo directamente por encima del incendio, lo que ocasiona que se canalice su recorrido. Para esto, las rutas o vías por las cuales el humo y los gases calientes viajan hacia la salida son de suma importancia y en la instalación de los sistemas de ventilación se tendrán que considerar. Una de las medidas de prevención es evitar que las rutas de salida sean corredores y pasillos que los inquilinos usarán para su evacuación.
Ya que la ventilación horizontal no se realiza en la parte más alta del edificio, pues existe el peligro de que los gases calientes en su ascenso se inflamen, se debe conocer la dirección que toma el aire en el sitio donde se plantee realizar este tipo de técnica para evitar que en un incendio se propague el fuego en pisos superiores.
Si no existe una entrada de ventilación natural, los bomberos realizan la abertura encima del foco de incendio como medida de seguridad y prevención. El subcomandante Raúl Esquivel habla del proceso: “se tendrá que evacuar todo el humo, para que de esta forma se faciliten los trabajos de los equipos de bomberos. Si se hace en una parte alejada del foco, podemos propagar el incendio”, asegura. Aunque afirma que “no hay una regla para seleccionar el punto exacto donde debe abrirse el techo para ventilar, sino que debe hacerse tan directamente por encima del foco como sea posible”.
Previo a la apertura de la ventilación, deben colocarse instalaciones en carga tanto para ataque como para protección de las aberturas de ventilación por las que podrían salir gases y llamas, a fin de evitar que se propaguen a otras estructuras cercanas.
Incremento de la seguridad ocupacional
Los efectos de la ventilación forzada son útiles en grandes espacios, como son edificios de oficinas, centros comerciales o edificaciones residenciales de gran magnitud. Los componentes de esta técnica son normalmente extractores, ventiladores de presión positiva y ventiladores de presión negativa, los cuales superan los efectos de humedad, viento y temperatura en comparación a lo que sucede con la ventilación natural.
Los diversos edificios, con la gran variedad de construcciones que existen, dificultan que se den normas fijas respecto de la disposición de los sistemas de ventilación. No obstante, existen algunas directrices por seguir:
- Los ventiladores deben situarse diametralmente opuestos a las entradas de aire, de modo que el caudal de ventilación atraviese toda la zona contaminada
- Colocar los extractores cerca de los focos de contaminación para captar el aire nocivo antes de que se difunda por el local
- Alejar el extractor de una ventana abierta o entrada de aire exterior, para evitar que entre de nuevo al aire expulsado
Estas disposiciones suponen que el aire extraído se deseche y sea lanzado al exterior, práctica poco recomendable en caso de aire calefaccionado durante la época invernal.
Para ventilar un local por el sistema de ventilación forzada lo primero que debe considerarse es el tipo de actividad de los ocupantes, pues no es lo mismo una oficina moderna espaciosa o con bajo índice de ocupación que una cafetería, una sala de fiestas o un taller de confección o de pintura.
La razón de ventilar los edificios es proporcionar un ambiente higiénico y confortable a los ocupantes, ya que se estima que un habitante de ciudad pasa encerrado en locales de este tipo un noventa por ciento de su tiempo, por lo que se tendrá que diluir el olor corporal; controlar la humedad, el calor, el humo de tabaco y la polución que desprenden los muebles, suelos y paredes de los edificios; además de los resultantes de las eventuales actividades industriales.
Una forma de proceder es calcular el caudal de aire necesario con base en el número de ocupantes y en razón a 7.5 litros por segundo y persona para los casos normales, en los que la cantidad de polución provocada por elementos ajenos no sea significativa.
Pero si se hace difícil prever el número de ocupantes y se cree mejor referirse a la función del local se puede recurrir al cálculo basado en el número de renovaciones / hora, esto es, las veces que debe renovarse por hora todo el volumen de aire del local.
Al control en el barrido de aire que se tiene en grandes edificaciones se debe agregar un diseño efectivo para las instalaciones de detección y extensión de incendios.
Control con aire
Los edificios deben disponer de los equipos y las instalaciones de protección contraincendios que se indican en la norma de edificación vigente en México. El diseño, la ejecución, la puesta en funcionamiento y el mantenimiento de dichas instalaciones, así como sus materiales, componentes y equipos deben cumplir con lo establecido en el código de incendios determinado por la NFPA.
El ingeniero Salvador Gómez dice que “en el mercado existen muchos sistemas y estrategias para detectar de forma automática algún incendio y que funcionan a través de alarmas”.
El sistema de detección de incendios se debe diseñar para que cumpla las siguientes funciones:
- Detección de humos y gases procedentes de la combustión
- Recepción de señales de alarma procedentes de los pulsadores manuales
- Emisión de señales acústicas y luminosas para la comunicación de alarma
- Recepción de señales o avisos técnicos procedentes de otros equipos y sistemas de protección contra incendios u otros ajenos, cuyo control es primordial para la minimización del riesgo o su eliminación
En general, el proyecto puede estar constituido por pulsadores manuales de alarma, alarmas de incendio, detectores térmicos, detectores de humo y una central de incendios tipo analógica.
Detector de humo
Es un aparato de seguridad que detecta la presencia de humo en el aire y emite una señal acústica avisando del peligro de incendio. El mercado ofrece diversas alarmas que se pueden configurar para evitar falsas señales; por ende, las situaciones de pánico en los usuarios. , pueden ser de dos tipos: ópticos o iónicos, aunque algunos usen los dos mecanismos para aumentar su eficacia.
Pulsadores manuales de alarma
Se situarán próximos a las salidas y estarán repartidos por toda la superficie proyectada, de manera tal que sean accesibles a los usuarios del edificio. Normalmente son de identificación manual, aunque existe una gran variedad.
Detectores térmicos
Adecuados en situaciones en las que el incendio produce más calor que humo. El calor liberado en la combustión del incendio eleva la temperatura del ambiente, este incremento es registrado por una cabeza detectora que emite una señal de alarma
Alarmas
Se colocarán a lo largo del inmueble y se activarán por medio de la central, alertada por los detectores de humos o térmicos o manualmente, gracias a los pulsadores manuales. Pueden proporcionar señales ópticas y acústicas adecuadas al tipo de emergencia y aplicación.
Central de incendios
Se trata de un aparato que se encarga de gobernar el resto de dispositivos que forman parte del sistema de detección de incendios. Permite llevar a cabo el control y la gestión de las alarmas, sistemas de extinción, evacuación y automatización en pequeñas y grandes instalaciones.
Ventilación en ambientes críticos
Puede resultar útil definir algunos conceptos y exponer los comportamientos de los líquidos, vapores y gases en circunstancias de inflamabilidad y explosión a fin de exponer después el control que puede ejercerse con una ventilación adecuada de las atmósferas conteniendo tales elementos.
Los líquidos en sí no son inflamables, son los vapores que de ellos se desprenden los que con aplicación de una llama o chispa provocan el fuego o la explosión. Estos vapores precisan de una determinada proporción de aire y la presencia de una fuente de ignición para entrar en inflamabilidad.
Las técnicas de prevención de incendios y explosiones se basan en la eliminación de las fuentes de ignición, evitar el contacto con el aire, hacer un almacenamiento estanco de los líquidos, emplear una atmósfera de gas inerte y usar una ventilación adecuada para diluir las mezclas e impedir concentraciones de gases inflamables.
Punto de inflamación, temperatura de ignición, límites de inflamabilidad, índice de evaporación, reactividad al calor, densidad, índice de difusión y otros factores deben considerarse para una correcta evaluación del riesgo al que se puede exponer el inmueble y a los usuarios. Cuando el incendio se ha declarado o la explosión se ha provocado, todos estos factores pierden importancia y el control del siniestro pasa a otro nivel.
Clasificación
La NFPA define un líquido como un fluido con una presión de vapor inferior a 172 k Pa a 38 grados centígrados (°C). Otra clasificación establece tres categorías de líquidos inflamables esquematizados en las tablas 1 y 2.
Muchos productos combustibles son sólidos a temperatura de 38 °C o más, pero al calentarse se transforman en líquidos que emiten vapores inflamables. Ceras, pulimentos, entre otros deben considerarse bajo el punto de vista de los líquidos y vapores a que dan lugar al calentarse.
La ventilación puede cumplir una importante misión evitando atmósferas potencialmente explosivas, que se encuentren por debajo del Límite Inferior de Explosión (LIE), manteniéndolas en bajo riesgo y diluyendo los aportes de gases o vapores que se vayan produciendo.
Esto es de suma importancia en procesos industriales que tienen lugar en hornos, estufas y secaderos. El cálculo resulta fácil si se conoce la cantidad de solvente.
El caudal de aire que debe aportar la ventilación es:
Donde:
- P = Peso específico del solvente
- Pm= Peso molecular del solvente
- C= Coeficiente de seguridad entre 4 y 12
- S= Litros / hora del solvente a diluir
- LIE= Límite Inferior Explosividad %
- B= Constante igual a 1 para temperaturas de hasta 120 °C. Para temperaturas superiores debe tomarse= 0.7
Este cálculo es válido para recintos en los que no hay personal; en este caso, el cálculo debe hacerse ateniendo la máxima concentración del tóxico permitida para los humanos, término conocido como máxima concentración aceptable en porcentaje (MAC), que depende de lo pernicioso del producto, de la uniformidad de su distribución y de la situación del ventilador que determina la dirección de arrastre del contaminante. Su valor debe tomarse entre 3 y 10.
Siendo la fórmula:
Donde:
- K= 3 a 10
- MAC = Máxima concentración aceptable en porcentaje
Los valores del LIE y la MAC se pueden conocer en la siguiente tabla: (ver tabla)
Debe efectuarse el cálculo basándose en el LIE y en el MAC con la finalidad de que prevalezca el resultado más elevado. Por citar un ejemplo, en el pintado en cabinas y espacios cerrados con evaporación de solventes volátiles al ambiente interior se constituye un caso de atmósfera potencialmente explosiva con presencia humana cuya ventilación de dilución debe calcularse para que no sobrepase ni el LIE, ni la MAC.
Una cabina de pintura a pistola para coches, manual, con los operarios pintores dentro de ésta, que evapora dos litros de Xilol por hora, trabajando a temperatura ambiente, ¿qué caudal de aire precisa para diluir el contaminante?
Para mantener el ambiente por debajo del LIE hace falta un caudal de:
Pero como la cabina de pintura está ocupada por seres humanos, deberemos calcular el caudal necesario con el propósito de diluir el contaminante a valores de la MAC, para lo que resulta:
En caso de avería o accidente, los vehículos a motor dentro de un aparcamiento sueltan al ambiente múltiples componentes, inclusive los carburantes de gasolina y sus vapores, los cuales pueden acumularse y constituir una atmósfera explosiva. La ventilación obligatoria por exigencias de la salud de los ocupantes debe calcularse también para diluir los gases y vapores producidos por debajo de su MAC.
En este caso, como la seguridad para la salud de los operarios exige 22.3 metros cúbicos sobre la altura, se tendrá que ventilar en función de la higiene industrial, con lo que quedará sobradamente protegida la instalación contra el peligro de explosión.
Debe recordarse que las mezclas de aire y gases inflamables pueden explotar cuando alcanzan su temperatura de inflamabilidad. Basta con que una pequeña parte de la mezcla alcance esta temperatura para que se presente la ignición, que se propaga por toda la mezcla a velocidad acelerada. Las chispas que entran en contacto con la mezcla suelen ser la causa de la explosión.
Cuando los vapores de muchos disolventes volátiles se mezclan con el aire en determinadas proporciones también son inflamables y pueden ocasionar explosiones; por ejemplo, al vaporizarse grandes cantidades de disolventes, cuando se pinta objetos grandes y pequeños con pistola o cuando se desengrasan objetos metálicos.
Si la atmósfera está por encima del LSE tampoco es aconsejable la ventilación, pues con el aire aportado sólo se consigue bajar el LSE y entrar en la zona intermedia, entre el LSE y el LIE, repitiendo la situación anterior.
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Mundo HVAC&R extiende un agradecimiento especial a la empresa Soler & Palau por la información brindada para la realización de este artículo.
