Agentes extintores de incendio gaseosos

Normalización de la medición de concentraciones mínimas de extinción

Los antecedentes de los sistemas extintores de incendio de inundación total que utilizan agentes gaseosos se remontan, por lo menos, al año 1920, cuando Walter Kidde introdujo los sistemas de dióxido de carbono en los Estados Unidos. Desafortunadamente, el dióxido de carbono es letal para los seres humanos si se lo utiliza en concentraciones normales. La llegada de Halón 1301, en los años ’60, dio origen a la era de agentes gaseosos de inundación total, seguros para las personas. La era de los “agentes limpios” comenzó en el año 1994, con la prohibición impuesta sobre la producción del Halón 1301, debido a su alto potencial de reducción de la capa de ozono.

Según se emplea actualmente, la frase “agentes limpios” hace referencia a aquellos agentes que se utilizan como sustitutos del Halón 1301, y que, además, no presentan (o presentan un muy bajo) potencial de reducción de la capa de ozono. La NFPA 2001, Norma sobre sistemas de extinción de incendios mediante agentes limpios, describe los requisitos sobre el uso de 13 agentes limpios, entre los que se incluyen cuatros agentes de gas inerte y nueve agentes de halocarbono. Al menos siete de los 13 agentes limpios enumerados en la NFPA 2001 se utilizan para protección contra incendios por inundación total en espacios “ocupados de manera normal”. Ello no significa que dichos sistemas puedan ser descargados cuando haya personas en el espacio protegido.

Debe evitarse la innecesaria exposición a los agentes limpios. Se supone que el personal evacuará el espacio protegido antes de proceder con la descarga de un sistema de agentes limpios. El valor esencial de un agente limpio es que no debería provocar daños en personas que involuntariamente se vean expuestas a una mezcla de agente-aire en concentraciones previstas para ser utilizadas en espacios ocupados. En el caso del Halón 1301, la concentración mínima de extinción (MEC, por sus siglas en inglés) es de ~3.2 %vol. para llamas de heptano. La concentración máxima de exposición permitida (MPEC, por sus siglas en inglés) para seres humanos es de 7 %vol. La concentración habitual de diseño para una aplicación de Halón 1301 era de 5 %vol., lo que dejaba un margen de seguridad (relativo) del 40% antes de alcanzar la concentración máxima permitida. La concentración mínima de diseño (MDC, por sus siglas en inglés) que se utiliza para agentes limpios es de 1,3 veces la concentración mínima de extinción (MEC), en el caso de aplicaciones de líquidos inflamables. La concentración mínima de diseño resultante deja un margen relativo menor antes de alcanzar la concentración máxima de exposición permitida (MPEC). Al especificar la concentración mínima de diseño (MDC) más baja permitida, los diseñadores de los sistemas dejan un margen máximo para una exposición segura al agente.

A nivel de costos, es alta la competencia entre los proveedores de los distintos sistemas de agentes limpios. Por ello, es frecuente especificar sistemas extintores de incendio que posean la concentración mínima de diseño (MDC) más baja permitida, a fin de mantener los costos en valores mínimos.

Los aspectos anteriormente mencionados actúan como incentivos para el diseño de sistemas extintores de incendio mediante agentes gaseosos, que utilizan la cantidad de agente mínima que cumpla con los requisitos establecidos en la NFPA 2001. Una información clave considerada necesaria para el logro de esta meta es un valor determinado preciso y confiable de la concentración mínima de extinción (MEC). NFPA 2001 (2004), Sección 5.4.2.1 requiere que la concentración mínima de extinción (MEC) de un agente para un combustible líquido inflamable sea determinada por el método de quemador de copa que se describe en el Anexo B. El método de quemador de copa también se explica en el Anexo B ISO 14520, aunque existen diferencias entre los métodos de la NFPA y de la ISO. Además, hasta la emisión de la edición 2007 de NFPA 2001, ninguna de las normas especificaba con precisión los detalles de construcción de los aparatos de prueba, en particular del componente copa. Un análisis de los valores del quemador de copa incluido en normas nacionales e internacionales revelaba inconsistencias materiales entre las concentraciones mínimas de extinción (MECs) informadas para agentes de gas inerte¹. En el año 2003, el comité técnico de la NFPA 2001 designó un Grupo de Tareas (TG, por sus siglas en inglés) para revisar el método de quemador de copa y desarrollar un método de prueba enmendado, con el objetivo de mejorar la reproducibilidad de laboratorio a laboratorio de los resultados de las pruebas. Las recomendaciones del Grupo de Tareas sobre las modificaciones al método de prueba y las especificaciones de los aparatos de prueba, las cuales se ilustran en la figura 1a y en la figura 1b, fueron revisadas y aprobadas por el comité técnico en octubre de 2005, y serán incluidas en el Anexo B enmendado de la edición 2007 de la Norma NFPA 2001.

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Figura 1a. Vista ampliada de las piezas del conjunto de montaje del quemador de copa, según se muestra en la NFPA 2001 (2007) Anexo B.

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Figura 1b. Detalle del diseño de la copa.


Estudio inter-laboratorios
Desde noviembre de 2005, al menos 15 laboratorios han adquirido los nuevos sistemas de prueba de quemador de copa² . Nueve laboratorios acordaron participar en el programa de prueba round robin (RR por sus siglas en inglés- participación en secuencia o en serie) durante el verano del año 2006. Las metas del programa round robin fueron: (a) determinar la reproducibilidad del método de prueba enmendado y de los aparatos, (b) obtener conocimientos sobre repetibilidad, y (c) establecer con precisión los valores de concentración mínima de extinción (MEC) de referencia comparativa. El programa RR incluía los siguientes elementos:
Uso del nuevo hardware y procedimiento de prueba
Todas las pruebas eran realizadas por el mismo operador
Combustible: n-heptano
Agente N. º 1 - Nitrógeno
Agente N. º 2 - HFC-227ea
Cantidad de ensayos: Tres, uno por vez durante tres días distintos
Cantidad de pruebas por ensayo: Cinco
Formato de fecha: Utilice la planilla de Excel pre-formateada provista
Reporte: Envíe los resultados a la Fundación de Investigación en Protección de Incendios antes de fines de septiembre de 2006.

El rol de la Fundación de Investigación en Protección de Incendios (FPRF, por sus siglas en inglés) en el programa RR ha sido de gran relevancia. Han actuado como un revisor tercero independiente y objetivo. La FPRF ha protegido la confidencialidad de los laboratorios participantes, asignándole un número a cada uno de ellos. Además, la FPRF llevó a cabo análisis estadísticos de los datos. Los resultados analizados fueron informados al Grupo de Tareas de la NFPA, haciendo referencia a los laboratorios únicamente por el número. A continuación, se describen los resultados del programa RR.

Ocho laboratorios participaron en las pruebas que utilizaban el Agente Nº 1, nitrógeno. Seis de los laboratorios informaron resultados muy similares, según se describe en la figura 2. Dichos resultados se utilizaron como base para establecer la concentración mínima de extinción (MEC) de referencia comparativa del nitrógeno para n-heptano como 32,4 ± 0,9 %vol. La estrecha concordancia de los seis laboratorios independientes demuestra que el método de prueba es, en general, altamente reproducible. Los resultados de concentración mínima de extinción (MEC) de dos laboratorios mostraron de dos a cinco desviaciones estándar más bajas que los valores del grupo de referencia comparativa.

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Figura 2. Resultados de concentración mínima de extinción (MEC) para nitrógeno.


Cinco laboratorios participaron en las pruebas que utilizaban el Agente Nº 2, HFC-227ea. Cuatro de los laboratorios informaron resultados muy similares, según se describe en la figura 4 . Dichos resultados se utilizaron como base para establecer la concentración mínima de extinción (MEC) de referencia comparativa del HFC-227ea para n-heptano como 6,62 ± 0,13 %vol. La estrecha concordancia de los cuatro laboratorios independientes demuestra que el método de prueba es, en general, altamente reproducible. Los resultados de concentración mínima de extinción (MEC) de uno de los laboratorios mostraron alrededor de dos desviaciones estándar más bajas que los valores del grupo de referencia comparativa.

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Figura 3. Resultados de concentración mínima de extinción (MEC) para HFC-227ea.


El hecho de que algunos laboratorios hayan informado resultados significativamente distintos (más bajos) a los valores de referencia comparativa muy probablemente se deba a errores en la calibración de los medios utilizados para determinar la concentración del agente en el aire y no a diferencias inherentes en el desempeño de los aparatos u otros aspectos del método. Esta conclusión está avalada por los resultados del Laboratorio Nº 7, que elaboró informes para ambos agentes. Los resultados del Laboratorio Nº 7 se encontraban dentro de los valores del grupo de referencia comparativa para el nitrógeno, pero presentaban dos desviaciones estándar más bajas que los valores del grupo de referencia comparativa para HFC-227ea. El técnico, los aparatos y el procedimiento fueron los mismos para ambos grupos, aunque lo métodos utilizados para determinar la concentración de agente fueron diferentes.

La Figura 4 describe los datos del nitrógeno, según fueron informados por día de prueba. Es evidente que la repetibilidad día a día en la medición de la concentración mínima de extinción (MEC) puede ser significativa aún para laboratorios que en forma grupal alcanzaron una concordancia excelente en los resultados promedio de tres días. Estos datos deberían servir como advertencia de que la repetibilidad de un laboratorio individual debería ser comprendida y tomada en consideración antes de informar los valores de concentración mínima de extinción (MEC) finales para una determinada combinación de agente-combustible.

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Figura 4. Valores de concentración mínima de extinción (MEC) promedio y de un solo día para el nitrógeno.


Resumen
El comité técnico de la NFPA 2001 sobre Sistemas de extinción de incendios mediante agentes limpios promovió el desarrollo de método de prueba por quemador de copa mejorado, con el propósito de facilitar la obtención de mayor coherencia y precisión en la determinación de los valores de concentración mínima de extinción (MEC) de agentes gaseosos para llamas de combustibles de Clase B. En el año 2006, se llevó a cabo un estudio inter-laboratorios, en el que participaron nueve laboratorios, y cuyo fin era evaluar el nuevo método y los aparatos. Los resultados del estudio comprenden tres aspectos:
• El método de prueba por quemador de copa enmendado obtiene resultados de alta compatibilidad.
• Es muy probable que la causa principal de los resultados erróneos sea la calibración de los medios utilizados para determinar la concentración de agente en el aire.
• Se establecieron los valores de concentración mínima de extinción (MEC) de referencia comparativa para dos agentes gaseosos: nitrógeno y HFC-227ea.

Dr. Joseph A. Senecal es director del laboratorio de combustión de Kidde-Fenwal. También es miembro de diversos Comités Técnicos de la NFPA, entre ellos el Comité Técnico de Sistemas de Extinción de Incendios con Agentes Gaseosos.


Notas al pie

1. Un sistema de extinción de incendios de “inundación total” crea una atmósfera para la extinción del incendio en toda la extensión de un cerramiento protegido. Por el contrario, un sistema de “aplicación local” dirige el agente extintor sobre un riesgo específico que no necesariamente se encuentra confinado dentro de límites de retención de gas.
2. La frase “concentración máxima de exposición permitida” se utiliza en el presente para abarcar diversos criterios diferentes sobre los límites de exposición segura que se aplican a los agentes de gas inerte y de halocarbono. Ver Norma NFPA 2001, Sección 1.5, Seguridad.
3. HFC-227ea es la identificación genérica del agente hidrofluorocarbono CF3-CHF-CF3, fabricado y vendido en los Estados Unidos bajo los nombres comerciales FM-200 y FE-227.