Conceptos Sobre Detección De Humos Por Aspiración
El beneficio del detector de humo del tipo de muestreo de aire (en adelante por aspiración) es su naturaleza activa para aspirar aire en todos los orificios de muestreo simultáneamente; el aire se combina en la tubería y se transporta de regreso al detector para tomar muestras del mismo. Esto permite, entre otras cosas, detectar humo en fases incipientes o de crecimiento del incendio.
Fig. 1 Fases de crecimiento del incendio
Aun cuando el Proyecto Internacional de Investigación de Detección de Incendios demostró que el detector por aspiración no produce el efecto de atraer el humo hacia los orificios de muestreo desde la parte inferior del área protegida, sino que se apoya en las corrientes de aire ambiental o en la columna de fuego y el chorro de gases del incendio tanto como los detectores de humo de tipo puntual, los detectores por aspiración se consideran activos y por ende suponen una ventaja sobre los detectores puntuales tradicionales.
Cuando el aire con humo ingresa a un puerto de muestreo, se mezcla con el aire limpio extraído de cualquier puerto de muestreo adicional en la red de tuberías. El uso de un detector de alta sensibilidad explica este efecto de dilución, de modo que se inicia una alarma cuando el oscurecimiento del humo en el punto de muestreo es igual o superior al 4%/ft.
Cuando el aire con humo entra en varios puertos de muestreo a la vez, entra menos aire limpio en la red de tuberías y la concentración de partículas de humo se diluye menos. Esto aumenta la sensibilidad del sistema de detección, de modo que se puede iniciar una alarma cuando el oscurecimiento del humo en los puertos de muestreo es inferior al 4%/ft. Es oportuno aclarar que la sensibilidad individual de un orificio no es la del detector como tal. Cada orificio puede tener una sensibilidad especifica, pero por el efecto de dilución de aire, habrá una sensibilidad resultante del detector de aspiración. La sensibilidad resultante depende de dos factores principales:
- El número de orificios de muestreo en la red de tuberías
- La sensibilidad de alarma establecida del detector
En ausencia de criterios basados en el desempeño, la sensibilidad en cada puerto de muestreo de un detector de humo tipo muestreo de aire no debe exceder el criterio de oscurecimiento de 4%/ft de un detector de humo puntual tradicional.
La efectividad de los detectores del tipo de muestreo de aire depende de la red de tuberías de muestreo para transportar el aire con humo de manera confiable desde el riesgo protegido hasta el detector remoto. Por lo tanto, la red de tuberías debe supervisarse para garantizar que permanezca intacta y que la tubería y los puertos de muestreo permanezcan despejados y sin obstrucciones. El polvo en el espacio protegido puede causar la obstrucción de las tuberías de muestreo, así como de cualquier filtro en la ruta de muestreo. Tanto la obstrucción como la carga del filtro pueden reducir el flujo de aire de las partes afectadas de la red de muestreo. La supervisión generalmente se logra con un medidor de flujo de aire calibrado en el detector. Se anuncia una condición de avería si el flujo de aire a través del detector está fuera de un rango aceptable calculado para la red de tubería de muestreo específica de acuerdo los cálculos del sistema. Un flujo de aire alto indica una tubería de muestreo abierta y un flujo de aire bajo indica una obstrucción.
En muchos entornos industriales y de fabricación, la atmósfera contiene polvo, como carbón, madera u otros subproductos del proceso de fabricación. Los detectores de humo de tipo puntual convencionales son contraproducentes en estos entornos por dos razones. En primer lugar, los detectores puntuales tradicionales no pueden distinguir entre estas partículas y los productos de la combustión, lo que genera un aumento significativo de las alarmas molestas. En segundo lugar, las partículas de polvo y suciedad pueden acumularse dentro del detector de humo de tipo puntual, lo que genera advertencias de detector “sucio” o daños en los componentes electrónicos de los detectores.
Una aplicación típica de los detectores por aspiración son su uso en ambientes hostiles. Los detectores de aspiración pueden ser más adecuados para entornos sucios porque el detector puede estar fuera del espacio protegido y el aire muestreado puede pasar a través de un filtro listado para eliminar las partículas que podrían dañar los componentes internos.
Fig. 2 Funcionamiento de un sistema de aspiración
Un criterio importante de diseño es el tiempo de transporte. El criterio del tiempo de transporte impone un límite efectivo al diseño del aspirador y la distancia máxima desde el detector hasta el puerto de muestreo más lejano, así como al tamaño y disposición de las tuberías de muestreo. Este tiempo de muestreo máximo viene dado por el tipo de aplicación del detector, pero no debería ser mayor a 120 segundos, medidos desde el orificio de muestreo más remoto. El tiempo de transporte se determina mediante cálculos de flujo. Los cálculos de flujo determinan que hay suficiente presión y volumen de flujo disponibles en todos los puertos de muestreo y que el detector de tipo de muestreo de aire brindará detección en toda el área que debe cubrir.
Los fabricantes proporcionan pautas de ingeniería en su documentación de instalación que aseguran que el sistema esté diseñado utilizando principios de dinámica de fluidos. En algunos casos (para los detectores usados en áreas pequeñas) entregan tablas con distancias máximas de tubería de muestreo y máximo número de orificios de muestreo. En otros casos, facilitan software para hacer los cálculos. Estos lineamientos son evaluados por los laboratorios de prueba como parte del procedimiento de listado de los equipos.
El software utilizado para diseñar la red de tuberías de muestreo de aire es evaluado por una agencia de listamiento para verificar que la rutina de cálculo prediga el rendimiento del sistema con precisión, incluida la tasa de flujo de aire, el tiempo de transporte de la muestra y la sensibilidad del puerto de muestreo.
De igual manera, la tubería de muestreo debería ser la recomendada por el fabricante (incluso, la misma que vende el fabricante). Muchos programas de cálculo incluyen el uso de “tubos genéricos” y en la mayoría de los casos se pueden usar sin problema. Las situaciones adversas pueden ocurrir para sistemas grandes, o configuraciones de tuberías complejas, donde eventualmente con tubos genéricos no se obtienen los valores de balance deseados. Es de acotar, que durante los cálculos podrían no obtenerse valores de sensibilidad específicos o deseados, que pueden ser producto del uso de tubería genérica, aún cuando el cálculo “corra”.
Otra ventaja del sistema de aspiración es que se puede muestrear el humo directamente de gabinetes eléctricos y otros enclosures dentro de un mismo cuarto, para hacer más rápida la detección en forma focalizada. Esto se hace mediante el uso de capilares, similares a los mostrados en la figura siguiente.
Fig. 3 Uso de capilares para el muestreo de aire
Una vez instalado el sistema, los orificios de muestreo deben probarse durante el proceso de puesta en marcha para establecer una línea de base que se utilizará durante las pruebas posteriores. Para las pruebas de mantenimiento anual o de rutina, solo se pueden probar unos pocos orificios de muestreo y comparar los resultados con los tiempos de transporte originales. Por lo general, se prueban los puertos de muestreo más alejados del detector. Si los tiempos de transporte se mantienen cercanos a los resultados iniciales, el sistema está funcionando según lo diseñado y no se requieren más pruebas. Si hay una diferencia de más del 5% de los tiempos de transporte predichos por el software de diseño, se debe verificar la red de tuberías, el tamaño de los orificios o la configuración del detector para determinar las causas de la diferencia. Las desviaciones deben abordarse y corregirse de inmediato. Algunos técnicos hacen cosas inapropiadas como colocar cinta en algunos orificios, y rehacer los huecos, o agrandar los huecos en forma empírica, pero esto es obviar un problema de fondo que debe estar ocurriendo y que debe ser verificado estructuralmente.
Otra consideración importante es que el aire muestreado debe ser expulsado a una zona de menor o igual presión. El software de cálculo de diseño para un sistema de detección de muestreo de aire asume que la presión del aire en el espacio protegido es la misma que la presión del aire en el área donde se extrae el aire muestreado. El tamaño del orificio de muestreo, el tamaño de la tubería, el tiempo de transporte y la velocidad del ventilador son funciones del volumen de aire que pasa a través de la cámara de detección, que está diseñada para detectar partículas de humo que se mueven a una velocidad específica. Si la presión en los puertos de muestreo es mayor que en el puerto de escape, es probable que la velocidad del aire muestreado que ingresa a la cámara sea mayor que la tasa de diseño, lo que podría afectar negativamente la capacidad del detector para detectar partículas de humo de cierto tamaño. Por el contrario, si la presión en los puertos de muestreo es menor que en el puerto de escape, la polarización de la presión inversa puede hacer que el ventilador gire más lento de lo diseñado, lo que resulta en tiempos de transporte más prolongados y una disminución del flujo de aire hacia la cámara de detección.
Fig. 4 Salida de aire del detector de aspiración (Exhaust)
Estas situaciones deben ser revisadas en caso de que durante las pruebas del plan de mantenimiento se obtengan tiempos de transporte mayores a los obtenidos durante el comisionamiento.
Debido a que los gradientes de presión no suelen ser una preocupación, la mayoría de los sistemas de detección por aspiración están diseñados para dejar salir el aire en un puerto de salida ubicado en el mismo detector. Sin embargo, si existe un gradiente de presión entre la ubicación de muestreo y la ubicación del detector, se puede devolver el aire extraído a la habitación. En los casos donde el detector se instale en el exterior de un área, la tubería de salida debe conectarse hacia adentro de ésta.
Si desea obtener más información sobre tecnología de detección por aspiración, puede consultar las siguientes páginas web:
https://xtralis.com/product_subcategory/1/VESDA-E-Aspirating-Smoke-Detection
https://www.systemsensor.com/en-eu/Pages/Aspiration.aspx
https://safefiredetection.com/applications/proseries-air-sampling/
