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TECNOLOGIAS

Desarrollo de normas y pruebas para sistemas híbridos de extinción de incendios

Sistemas Hibridos Extinción de Incendios
Incendio de heptano utilizado en las pruebas de un sistema de protección contra incendios híbrido de inundación total

Los sistemas híbridos de extinción de incendios utilizan una combinación de agua atomizada y gas inerte para extinguir los incendios. Los sistemas híbridos de extinción de incendios son una tecnología que se está convirtiendo en una solución establecida en aplicaciones de tecnología de la información (TI), energía e industriales y está ganando aceptación como una solución para proteger otros activos de alto valor.

sistemas stos proporcionan al ingeniero de protección contra incendios con una opción para abordar las preocupaciones con la seguridad de la vida, el suministro de agua limitado, integridad de la habitación, agua limpia costosa y potencialmente perjudicial escorrentía. Los sistemas híbridos de extinción de incendios son efectivos en aplicaciones tales como turbinas de combustión, espacios de maquinaria, centros de datos, salas de control, salas blancas, equipos de procesamiento de semiconductores, células de prueba de motores y para la protección de otros equipos especializados. (Figura 1)

Figura 1 Un sistema híbrido de extinción de incendios instalado en una instalación de generación de energía.
Figura 1 Un sistema híbrido de extinción de incendios instalado en una instalación de generación de energía.

Los medios híbridos son una combinación de gas inerte, típicamente nitrógeno y agua atomizada que crea una atmósfera que no admite la combustión. El gas inerte diluye el oxígeno y se utiliza para atomizar el agua en pequeñas gotas (10 micrones). Las gotas de agua atomizadas proporcionan una gran área de superficie disponible para la absorción de calor, y se convierten fácilmente en vapor para proporcionar enfriamiento y dilución de oxígeno.

Los sistemas de extinción de incendios híbridos se pueden usar como sistemas de inundación total o de aplicación local. “Inundación total” es un sistema de protección contra incendios diseñado para descargar un extintor en un recinto para lograr una distribución uniforme de ese extintor, en o por encima de la concentración requerida para extinguir el fuego en todo el recinto. La “aplicación local” es un método en el que el extintor de incendios se descarga directamente sobre una superficie o artículo en llamas, o dentro de un volumen no retentivo.

La descarga de medios híbridos está regulada, con las boquillas funcionando a una presión de nitrógeno controlada de 25 a 140 libras por pulgada cuadrada (psi) (1.7 bar – 2.8 bar). La descarga se realiza a una velocidad controlada de, típicamente, 150 a 250 pies cúbicos estándar por minuto (scfm) (255 m3 / hr – 425 m3 / hr). El resultado es una tensión reducida en el gabinete y la necesidad de ventilaciones de alivio de presión de la sala se reduce o elimina por completo. En los espacios ocupados, la tasa de descarga controlada permite el tiempo de salida mientras se enfría y extingue el fuego.

El agua se entrega a cada boquilla a una velocidad de flujo controlada de aproximadamente 0.25 – 1.1 galones por minuto (gpm) (1 litro por minuto (LPM) – 4 LPM), se mezcla con el nitrógeno y se atomiza en pequeñas gotas. (Figura 2) El tamaño de las gotas de agua de 10 micrones permite que las gotas de agua permanezcan en suspensión por más tiempo, lo que minimiza la cantidad de agua que se deposita en el equipo y las superficies, al mismo tiempo que proporciona suficiente refrigeración para evitar que se vuelva a encender. En comparación con otros sistemas de extinción de incendios, el tamaño de las gotas es de 10 a 100 veces más pequeño que un sistema de agua nebulizada, y 1000 veces más pequeño que las gotas descargadas por muchos rociadores. A medida que disminuye el tamaño de las gotitas, el tiempo suspendido en el aire aumenta exponencialmente, lo que permite que el sistema funcione como un sistema de inundación total. El tiempo de suspensión más largo, y el nitrógeno, haga que los sistemas de extinción de incendios híbridos sean efectivos en incendios ocultos o protegidos. En muchos casos, estos incendios no serían alcanzados por gotitas más grandes que tienden a caer directamente al suelo.

Figura 2 Boquilla híbrida de extinción de incendios que descarga 150 scfm de nitrógeno y 1 gpm de agua.
Figura 2 Boquilla híbrida de extinción de incendios que descarga 150 scfm de nitrógeno y 1 gpm de agua.

Desarrollo de estándares de sistemas de extinción de incendios híbridos

Como una tecnología relativamente nueva, se han desarrollado estándares para sistemas híbridos de extinción de incendios, y actualmente se está desarrollando un desarrollo adicional. En 2012, FM Research estableció FM 5580, Estándar de aprobación para sistemas de extinción de incendios híbridos. Actualmente, los sistemas de 2 fabricantes están aprobados bajo FM 5580. FM 5580 contiene pruebas de aprobación para la protección de maquinaria en recintos, turbinas de combustión en recintos y protocolo de prueba para proteger pisos elevados para salas de computación. Un sistema de extinción de incendios híbrido también ha sido aprobado para la protección de bancos húmedos y equipos de procesamiento de semiconductores.

Los sistemas híbridos de extinción de incendios tienen requisitos únicos de diseño, instalación y mantenimiento en comparación con otros sistemas de extinción de incendios. En octubre de 2013, la NFPA Fire Protection Research Foundation inició una revisión de la literatura para determinar la necesidad de un nuevo estándar NFPA que brinde orientación para la instalación y el uso de esta nueva tecnología híbrida. Como resultado de esta revisión de la literatura, el NFPA Standards Council aprobó el desarrollo de NFPA 770, Sistemas híbridos de extinción de incendios (agua y gas inerte). NFPA 770 será un nuevo estándar que cubre específicamente los sistemas de extinción de incendios híbridos. Actualmente, NFPA 770 está en desarrollo y define qué es un Sistema de extinción de incendios híbrido, y proporciona orientación de diseño e instalación para la industria. Una vez aprobado, el estándar será publicado como una edición de 2021.

Figura 3 Laboratorio de bomberos móvil utilizado para el sistema híbrido de extinción de incendios en Leadville, CO (10,000 'ASL)
Figura 3 Laboratorio de bomberos móvil utilizado para el sistema híbrido de extinción de incendios en Leadville, CO (10,000 ‘ASL)

Pruebas e investigación sobre sistemas híbridos de extinción de incendios

Además de los estándares de NFPA y FM, existe una cantidad sustancial de investigación y pruebas disponibles en los Sistemas de extinción de incendios híbridos. Las variables recientemente identificadas como que requieren más investigación son los efectos de la altitud, la integridad del recinto y el tamaño del fuego en el tiempo de extinción y los requisitos de los medios híbridos. En 2016, la NFPA Fire Protection Research Foundation estableció un Panel Técnico del Proyecto (PTP) para supervisar las pruebas del Sistema Híbrido de Extinción de Incendios.

Al comisionar estas pruebas, se disponía de datos limitados sobre las pruebas de extinción de incendios en elevaciones altas. Para eliminar las variables externas en relación con la geometría y el tamaño de la habitación, se construyó un laboratorio móvil contra incendios utilizando un contenedor de carga de 40 pies (12,2 metros) como el recinto. (Figura 3). Se instaló un sistema de extinción de incendios Victaulic Vortex ™ en el contenedor, y el laboratorio incluyó medidas para ajustar la colocación de la boquilla y la cantidad de aberturas en el recinto. Victaulic realizó las pruebas en lugares con elevaciones de 500 pies (152 metros) sobre el nivel del mar (ASL), 6500 pies (1981 metros) de ASL y 10,000 pies (3048 metros) de ASL. Las pruebas de incendio se realizaron utilizando un protocolo de prueba similar al de Underwriters Laboratories UL 2127, Unidades del sistema de extinción de agentes limpios de gas inerte, con combustibles que incluyen heptano y polímeros, polipropileno (PP), acrilonitril butadieno estireno (ABS) y polimetacrilato de metilo (PMMA). Se realizaron pruebas adicionales en una elevación más baja, incluida la extinción de incendios de cunas de madera, las variaciones en el tamaño de la abertura y el tamaño del fuego, y la capacidad de prevenir la reencendido.

Los datos recopilados del laboratorio móvil demostraron que la cantidad requerida de medios híbridos para la extinción disminuye con la elevación. Los nuevos datos proporcionaron una base para el uso de los Factores de corrección atmosférica (ACF) determinados en NFPA 2001, Norma sobre sistemas de extinción de incendios de agentes limpios para ajustar la cantidad requerida de medios híbridos según la presión atmosférica local.

Las pruebas también han demostrado que el diseño de un sistema de extinción de incendios híbrido de inundación total para un incendio de heptano más pequeño de 68 kW (Figura 4) dio como resultado un diseño conservador cuando se consideran incendios más grandes. En las aplicaciones de inundación total, a medida que aumentaba el tamaño del incendio (utilizando una fuente de combustible más grande), la extinción se producía antes, debido al aumento del consumo de oxígeno del incendio y al aumento de la dilución de oxígeno de la conversión del agua en vapor.

Figura 4 Incendio de heptano utilizado en las pruebas de un sistema de protección contra incendios híbrido de inundación total
Figura 4 Incendio de heptano utilizado en las pruebas de un sistema de protección contra incendios híbrido de inundación total

Una importante consideración de diseño para los sistemas de extinción de incendios es evitar que se vuelva a encender el combustible después de la descarga del sistema, particularmente en peligros como maquinaria y turbinas de combustión donde hay partes giratorias que deben detenerse, aceite lubricante que debe continuar fluyendo, y otras grandes superficies calientes que pueden convertirse en fuentes de re-ignición.

El proyecto incluyó pruebas para evaluar los tiempos de extinción y protección de los sistemas de extinción de incendios híbridos utilizando aberturas de diferentes tamaños en el recinto. Las pruebas del sistema Victaulic Vortex Hybrid, en un recinto con diversos tamaños de apertura, demostraron que un sistema híbrido de extinción de incendios con inundación total proporcionará protección contra el reencendido después de que se haya extinguido el fuego y se haya detenido la descarga.

Para probar el tiempo de protección de un sistema híbrido, se intentó volver a encender el combustible después de la extinción. La fuente de ignición fue una chispa provista por un transformador de ignición del quemador de aceite que se usó para la ignición y la re-ignición del combustible. Para el sistema Victaulic Vortex System utilizado para esta serie de pruebas, el tamaño máximo de apertura recomendado de 1.25 pies cuadrados (0.12 metros cuadrados) por boquilla proporcionó 10 minutos de tiempo de protección. Los tamaños de apertura más pequeños eran capaces de proporcionar tiempos de protección sustancialmente más largos, en algunos casos que excedían una hora de protección.

Fuera de este trabajo con la NFPA Fire Protection Research Foundation, se han realizado investigaciones sobre turbinas de combustión utilizadas para la generación de energía. FM 5580, Estándar de aprobación para sistemas híbridos de extinción de incendios, permite la aprobación de los sistemas híbridos de protección contra incendios para la protección de turbinas de combustión. Las turbinas de combustión funcionan a distancias internas muy cercanas y existe la preocupación de que la descarga de agua en la carcasa puede provocar un rápido enfriamiento y fallo. Victaulic, fabricante del sistema híbrido de extinción de incendios Victaulic Vortex ™, ha trabajado con los propietarios y operadores de la turbina de combustión Frame 7 y las turbinas Aero-derivadas FT4 para realizar pruebas de descarga en las unidades operativas instaladas en las instalaciones de generación de energía. Las pruebas incluyeron la temperatura de la unidad mediante la conexión a la red y la generación de electricidad, seguido de un apagado y descarga del sistema de extinción de incendios híbrido Victaulic Vortex. Las pruebas demostraron que la descarga de agua mínima de un sistema de extinción de incendios híbrido permitió que estos sistemas se descargaran en turbinas de combustión sin daños.

Figura 5 Un sistema Victaulic Vortex ™ instalado en una planta de fabricación en 2014.
Figura 5 Un sistema Victaulic Vortex ™ instalado en una planta de fabricación en 2014.

Versatilidad de los sistemas de extinción de incendios híbridos

Para sistemas de extinción de incendios híbridos de inundación total, la cantidad de medios híbridos requeridos se basa en los combustibles presentes y el volumen del envolvente. Un sistema típico para proteger un espacio de maquinaria tendría una boquilla por cada 1500 – 2500 pies cúbicos (43 pies cúbicos) (43 metros cúbicos) – 72 metros cúbicos) de volumen de la caja, y descarga durante 3 a 5 minutos, con más tiempo Tiempos de descarga utilizados cuando se requiere enfriamiento adicional de superficies calientes. Una boquilla híbrida típica descargará 0.25 – 1.1 GPM (1.0 LPM – 4.0 LPM) de agua. Esto se traduce en menores requisitos de almacenamiento de agua y menores requisitos de limpieza. El bajo consumo de agua permite que los sistemas de extinción de incendios híbridos se instalen con su propio tanque de agua dedicado junto al suministro de nitrógeno y se presurice desde el suministro de nitrógeno. En una aplicación de inundación total,

Recientemente se aprobó un sistema de extinción de incendios híbrido para su uso en la protección de bancos húmedos y otros equipos de procesamiento similares. Los bancos húmedos se utilizan en la fabricación de semiconductores, y se construyen con cantidades significativas de polímeros y ventilación significativa para adaptarse a los productos químicos utilizados en el proceso. Las pruebas, presenciadas por las aprobaciones de FM, en el laboratorio de Victaulic demostraron la idoneidad del sistema para la protección de equipos de bancos húmedos. En estas aplicaciones, la pequeña cantidad de agua y nitrógeno requerida también permite el uso de suministros de nitrógeno y agua de grado reactivo de la casa, minimizando los requisitos de limpieza en caso de una descarga del sistema.

Cuando un gabinete no está disponible, los Sistemas de extinción de incendios híbridos pueden diseñarse como sistemas de aplicación local. Los diseños de los sistemas de aplicaciones locales se basan en el rendimiento, y las pruebas incluyen pruebas de incendio utilizando una maqueta del equipo protegido y muestras de los combustibles presentes. El sistema de extinción de incendios híbrido Victaulic Vortex se ha aplicado a las líneas de decapado de las acerías, donde los químicos corrosivos presentes requieren cantidades sustanciales de materiales no metálicos. Estas instalaciones han sido tradicionalmente protegidas por sistemas de rociadores contra incendios. La combinación de una detección adecuada y un sistema híbrido de extinción de incendios reduce la cantidad de agua que debe ser contenida. Las bajas presiones a las que operan las boquillas híbridas permiten el uso de tuberías y boquillas no metálicas, Reduciendo el mantenimiento a equipos instalados en ambientes corrosivos. El diseño se basa en las pruebas realizadas con una maqueta a gran escala del equipo protegido en un entorno de laboratorio controlado.

Los sistemas híbridos de extinción de incendios se conectan a un agente que libera el panel de control de alarma contra incendios. Se utiliza una señal de 24 voltios dirigida a una válvula solenoide para liberar nitrógeno e iniciar la descarga del sistema. El panel de control de la alarma contra incendios también supervisará el sistema para detectar problemas y condiciones de supervisión, utilizando interruptores de baja presión e interruptores de nivel de agua para verificar que haya suficientes medios híbridos disponibles. El uso de una señal de liberación de 24 voltios permite la compatibilidad con paneles de una variedad de fabricantes y proporciona al ingeniero de protección contra incendios una mayor flexibilidad para elegir un método de detección que sea adecuado para la aplicación.

Conclusión

Los sistemas de extinción de incendios híbridos satisfacen la necesidad de un sistema de extinción que sea efectivo, seguro, que no utilice componentes o subproductos tóxicos y que tenga requisitos mínimos de limpieza. Los sistemas de extinción de incendios híbridos se han implementado y aceptado con éxito como parte del diseño general de protección contra incendios para una variedad de aplicaciones, como un sistema de protección contra incendios primario y como complemento. En las ocupaciones comerciales, un Sistema de extinción de incendios híbrido se puede especificar como la protección de un centro de datos dentro de un edificio, mientras que el resto del edificio está protegido por rociadores. En aplicaciones industriales, los sistemas híbridos de extinción de incendios han sido una solución aprobada por FM para la protección de turbinas y maquinaria de combustión. Otras aplicaciones para sistemas híbridos de extinción de incendios que se benefician de la mínima humectación, componentes no tóxicos, y los requisitos de integridad de la carcasa reducidos incluyen salas de conmutación, salas de control, salas limpias, bancos húmedos, conductos, células de prueba de motores, archivos, bibliotecas y museos. Los sistemas de extinción de incendios híbridos proporcionan una solución para los desafíos difíciles al proteger los activos de alto valor.

Para obtener más información, visite www.victaulic.com/systems/victaulic-vortex-hybrid-fire-extinguishing-system

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