interNOSTRUM

NTP 420: Instalaciones de abastecimiento de agua contra incendios

Installations de distribution d'eau contre l'incendie
Fire water supply and distribution systems

Redactores:

Adolfo Pérez Guerrero
Ingeniero Industrial

Emilio Turmo Sierra
Ingeniero Industrial

CENTRO NACIONAL DE CONDICIONES DE TRABAJO

Introducción

En los centros de producción donde se trabaja con líquidos inflamables o combustibles, o donde por la naturaleza y cantidad de los materiales almacenados o manipulados sea necesario diseñar una instalación de protección de agua contra incendios, se plantea el problema de proyectar un abastecimiento de agua adecuado para cada caso.

La normativa existente no desarrolla soluciones específicas para cada caso, limitándose a señalar las condiciones mínimas de obligado cumplimiento. Esta NTP pretende complementar lo legislado basando su aportación en el propio análisis del riesgo de incendio. Por tanto, respetando lo indicado en la norma correspondiente, se trata de exponer las soluciones más idóneas desde el punto de vista práctico, teniendo en cuenta que la protección contra el fuego tiene como objetivo asegurar la vida de las personas, las instalaciones y el medio ambiente con un costo razonable y que dicha protección habría de ser considerada como una conjunción de medidas tales como el diseño del proceso, los sistemas de drenaje, el control de medidas contra el fuego, la distribución en planta del proceso, la prevención del inicio y propagación del fuego, etc... así como sus aspectos organizativos, siendo todas estas medidas complementarias, de tal manera que al faltar alguna de ellas o no haber sido valorada como le corresponde hará perder la eficacia del sistema.

Análisis del riesgo de incendio

Para determinar las necesidades de abastecimiento de agua contra incendios, debería iniciarse el estudio dividiendo la planta en bloques de incendio que se habrían de representar, bien delimitados, sobre el plano de distribución de la planta. Cada bloque de incendio representa un área definida con peligros potenciales de incendio o explosión, encontrados tras un proceso de inventariado sobre tanques de almacenamiento y posibles fuentes de fugas en general. La selección de los bloques requiere cierta experiencia y para determinarlos, se puede tener en cuenta que las instalaciones de la planta podrían tener límites materiales que ayudarían a elegir una subdivisión lógica constitutiva de los mencionados bloques. Ejemplos de dichos límites son los cubetos de tanques, las instalaciones lejanas (p. ej.: pantanales), taludes y bordillos, carreteras, conducciones de tuberías, etc. Dentro de cada bloque de incendio se deberá describir el correspondiente escenario de incendio que será el suceso más relevante dentro del bloque considerado. Ver figura 1.

Fig. 1: Representación de dos típicos bloques de incendio en una planta química

El análisis de riesgo de incendio debería incluir a efectos del consumo de agua y otros medios de actuación una clasificación por categorías de todos los escenarios identificados, basada fundamentalmente en una estimación de la duración del incendio y del área total afectada por el incendio.

La duración del incendio puede ser estimada aplicando cualquier método garantizado de cálculo de caudal de fuga que se puede encontrar en fuentes especializadas. Existen distintas metodologías y programas informáticos de apoyo para fugas de gas, líquido y el caso de dos fases. En dichos programas la duración del incendio depende del diámetro del orificio, caudal de fuga, tiempos de fuga basados en bancos de datos experimentales sobre recipientes, duración de la fuga según las cantidades almacenadas y emplazamiento de válvulas de cierre, velocidad de combustión (no aplicable al caso de dardo de fuego, jet fire) y extensión de la superficie del incendio (no aplicable para dardo de fuego ni para incendio con llamarada, flash fires).

Los escenarios de incendio podrían ser clasificados en tres categorías:

Otro parámetro a determinar es el área total afectada por el incendio. Para estimarla se pueden considerar los "Niveles Máximos de Exposición de la Radiación Térmica" de la norma del Institute of Petroleum (IP - Codes). En ella se encuentra el valor umbral de 32 kW/m2 para los daños estructurales producidos por radiación de calor. Con la base de este valor se puede realizar una ordenación de los escenarios de incendio según la siguiente clasificación:

Cada escenario individual de incendio puede ser analizado y clasificado dentro de las correspondientes categorías ya descritas. También se pueden considerar dos grupos, de acuerdo con la estimación de la duración del incendio y los niveles de exposición a la radiación del calor, como puede verse en el resumen de la Figura 2:

Fig. 2: Cuadro resumen de grupos de escenarios de incendio

Protección contra incendios

El nivel requerido para los equipos de protección contra incendios y el tamaño de la brigada contra incendios serán determinados por los escenarios de incendio clasificados en el Grupo 1.

El equipo y medios de lucha contra incendios y su aplicación para la primera intervención manual con el fin de controlar los incendios más pequeños corresponden a los escenarios de incendio clasificados en el Grupo 2.

La estrategia de protección contra incendio y explosión en las plantas químicas, refinerías y terminales de carga o descarga puede estar basada en tres etapas consecutivas:

Esta última etapa es la más importante a considerar para la previsión del agua de abastecimiento. Se puede citar que el control del incendio depende de: los posibles tiempos de respuesta, las acciones que deban tomar los operadores de proceso, el grupo de personas y su equipo requerido para la intervención en los primeros diez minutos del incendio y en su etapa posterior, la necesidad de hidrantes, monitores y/o sistemas de rociadores de agua fijos para enfriar estructuras/recipientes críticos, la confinación del fuego alrededor del área de incendio, y la posible extensión del incendio a otras áreas por desbordamiento y excesivo uso del agua contra incendio (esto último afecta solamente a los escenarios de incendio del Grupo 1).

La extinción final del incendio puede ser obtenida después de aislar la fuente de fuga y de haberse asegurado que toda la instalación crítica expuesta es enfriada eficientemente.

Para los escenarios de incendio del Grupo 2, el control del incendio y su extinción puede ser realizado al mismo tiempo.

Abastecimiento de agua contra incendios

Como se ha expuesto anteriormente, los peores casos de escenarios de incendio corresponden a los clasificados como Grupo 1 (fig. 2), en el análisis del riesgo de incendio.

Son situaciones típicamente controlables unos caudales másicos de 1 kg/s para dardos o chorros de fuego (jet fires) y 2 kg/s para incendios de charco los cuales corresponden a dardos o chorros (jet) de 10-15 m de longitud y a charcos (pool) de 50 m2 de superficie respectivamente.

Para el cálculo del agua contra incendios requerida para enfriamiento se puede hacer una distinción básica entre tres situaciones de exposición al incendio, cada una con su propia recomendación de cantidad de agua de aplicación, (ver Tabla 1).

Tabla 1: Agua contra incendios requerida para enfriamiento (según NFPA-15)

Los caudales de aplicación de agua contra incendios están expresados por m2 de recipiente o por m2 de área de su superficie proyectada.

La Tabla 1 se puede usar para estimación del número de hidrantes y monitores requeridos para proveer el agua de enfriamiento del escenario de incendio. También se puede aplicar para establecer el criterio de proyecto para sistemas fijos de difusores de agua y de diluvio.

Los manuales guías generales proponen un caudal mínimo de agua de extinción de 4-20 litros/min/m2 (expresado por m2 del área de la superficie proyectada). Los caudales de aplicación serán evaluados para cada escenario de incendio por separado. Para estos cálculos puede ser de utilidad el manual guía NFPA-11.

Si dentro de la filosofía de protección contra incendios se considera que es recomendable usar espuma corno medio de extinción, se deberá tener en cuenta para el cálculo de demanda total de agua contra incendios.

El sistema de actuación para plantas existentes puede ser el representado en la Figura 3.

Fig. 3: Esquema orientativo para evaluación de abastecimiento de agua contra incendios y sistema de distribución basado en el análisis del riesgo de incendio

Para el cálculo de la demanda máxima de agua contra incendios, se debe tener en cuenta el cumplimiento de la Instrucción Técnica Complementaria MIE-APQ-001 referente a almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles, de la que se extracta la Tabla 2.

Tabla 2: Evaluación del caudal de agua necesario en caso de incendio en función del tipo de recipiente incendiado

NOTA 1: Para la refrigeración de los recipientes próximos al incendiado que tengan un aislamiento térmico con una conductancia mínima de 20 kcal/h.m2 ºC y resistentes al fuego y al chorro de agua, se usará la mitad del caudal de agua establecido en el cuadro.
NOTA 2: Se considera como superficie total a refrigerar, la superficie total para los recipientes cilíndricos de eje horizontal y para los esféricos, y la superficie lateral para los restantes recipientes.
NOTA 3: Se añadirá el caudal necesario para la protección de las instalaciones adyacentes cuando proceda.

Otra legislación a tener en cuenta es la de las instalaciones petrolíferas según el R.D.2085/1994 de 20 de octubre sobre la aprobación del Reglamento de Instalaciones Petrolíferas, BOE nº 94 del 20-4-95, de la que se ha extractado la Tabla 3.

Tabla 3: Evaluación del caudal de agua reglamentario. (En función del tipo de tanque supuesto incendiado)

(1) La superficie a refrigerar de los depósitos se considerará: La superficie total, para los depósitos cilíndricos de eje horizontal y para los esféricos. La superficie lateral, para los restantes depósitos.
R se expresa en metros. / S se expresa en metros cuadrados. / Q se expresa en metros cúbicos por hora.

Se debe tener en cuenta que los caudales indicados en las Tablas 2 y Tabla 3 son mínimos de agua a prever, por lo que, según los casos, podremos considerar otras normas o reglamentaciones de reconocido prestigio que sobrepasen dichos valores mínimos, como es el caso de los expuestos en la Tabla 1.

Según la ITC-MIE-APQ-001 anteriormente citada, la red de agua deberá tener varias tomas para incendios que aseguren de forma inmediata y continua el caudal de agua requerido en la Tabla 2 durante una hora, una hora y media o tres horas según el tipo de almacenamiento y clase de producto almacenado. Igualmente se especifican unas presiones mínimas de funcionamiento de la red.

Teniendo en cuenta el cumplimiento de lo anterior, una vez sean calculadas las máximas demandas de agua contra incendio para cada bloque de incendio se comenzará el análisis hidráulico del sistema completo de abastecimiento de agua contra incendio teniendo en cuenta caudales y presiones. Para la determinación de la presión mínima residual para cada bloque de incendio se puede considerar que las presiones operativas serán las indicadas por el método de aplicación del agua contra incendio, que ha sido definido en una etapa anterior al análisis. Los monitores e hidrantes requieren unas presiones de operación del orden de 8 a 10 bar. Los sistemas de difusores de agua están usualmente proyectados para una presión de entrada a la válvula de 7 bar, pero puede ser necesaria más presión si están combinados con inyección de espuma. Sistemas especiales de aplicación de espuma, tales como inyección de espuma por debajo de la superficie del líquido o de inundación total sobre la superficie del líquido para protección de tanques de almacenamiento pueden requerir presiones de operación de 8 a 12 bar.

Siguiendo en esta etapa del análisis hidráulico se puede tomar una decisión sobre la cuestión de si todos los sistemas fijos funcionarán completamente autónomos o alternativamente si el tiempo de respuesta permite en ocasiones operar con cisternas móviles contra incendios como fase intermedia. Se puede considerar, en este último caso, una presión residual de 6 bar para el área principal del incendio siempre y cuando se disponga de una bomba de capacidad y presión suficientes alimentada por una o más cisternas contra incendios.

El objetivo de un análisis hidráulico del sistema de distribución de agua contra incendios es verificar si las demandas de presión y agua contra incendios pueden cumplirse partiendo de las bombas contra incendios existentes o propuestas y la red de distribución existente.

Mediante un programa informático en el que se introduzcan todos los parámetros indicados en el plano de la red, con especificaciones de tuberías, diámetros y las curvas correspondientes a las bombas de abastecimiento, puede efectuarse el necesario análisis hidráulico.

Los cálculos hidráulicos se pueden realizar utilizando los métodos clásicos.

Para tuberías nuevas los coeficientes de rugosidad son conocidos con exactitud. Para las tuberías existentes se estiman dichos coeficientes basándose en los datos experimentales de caudal y presión conseguidos a lo largo de la vida de la instalación.

Para el diseño de las instalaciones de agua contra incendios se puede tener en cuenta algunos detalles importantes como son la elección de tubería según material y tamaño, se debe procurar que sea enterrada y en este caso el material puede ser de poliéster reforzado o acero al carbono protegido contra la corrosión y se aconseja realizar las pruebas hidráulicas necesarias para un buen control de calidad.

Todas las válvulas de cierre o de seccionamiento que deban permanecer normalmente abiertas para el correcto funcionamiento del sistema pueden ser de tipo husillo ascendente, o pueden disponer de otro dispositivo que permita verificar fácilmente si están en posición abierta. Se recomienda evitar una velocidad rápida de cierre que pueda producir un golpe de ariete.

Se tendrá en cuenta la conveniencia de dimensionar la red contra incendios previendo eventuales ampliaciones de todo el sistema de protección contra incendios.

Siempre que sea posible, y especialmente cuando existan redes específicas de hidrantes exteriores, así como en los sistemas con abastecimiento doble, se recomienda realizar la instalación en anillo, con válvulas de seccionamiento, para asegurar la máxima eficiencia del sistema incluso en el caso de avería en algún tramo.

Cada derivación de la red general de incendios para alimentar una red específica debe estar provista de una válvula de seccionamiento y una de retención.

Independientemente de estos puntos resaltados, las instalaciones deberán cumplir con la normativa reseñada al final de esta nota.

Evaluación del abastecimiento de agua contra incendios y de la instalación de distribución

Si el abastecimiento de agua existente no cumple con las demandas de agua calculadas, pueden existir principalmente tres vías de revisión:

Aplicación práctica

Se presentan a continuación de forma muy sintetizada un ejemplo de aplicación de lo expuesto sobre los escenarios de incendio representados en la Figura 1. Supongamos un escenario de incendio de un tanque: Bloque de incendio Nº 1.

Datos básicos

Análisis del riesgo de incendio

Criterios de protección contra incendios

Abastecimiento agua contra incendios

Recomendaciones adicionales

Bibliografía

(1) IP-Part 19
Maximum Thermal Radiation Exposure Levels
Fire Precautions at Petroleum Refineries and Bulk Storage Installations, 1993

(2) NFPA-11
Standard for Low Expansion Foam and Combined Agent Systems, 1994

(3) MINISTERIO DE INDUSTRIA Y ENERGÍA
R.D. 1942/1993 de 5-11-93, por el que se aprueba el Reglamento de instalaciones de protección contra incendios. BOE nº 298 martes 14 de diciembre 1993
Corrección de errores del R. D. 2085/1994, de 20 de octubre, por el que se aprueba el Reglamento de Instalaciones Petrolíferas
BOE nº 94 jueves 20 de abril 1995

(4) MINISTERIO DE INDUSTRIA, COMERCIO Y TURISMO
Orden de 18 de Julio de 1991 por la que se modifica la Instrucción Técnica Complementaria MIE-APQ-001,referente a almacenamiento de líquidos inflamables y combustibles
BOE nº181 martes 30 de julio 1991

(5) Mº DE RELACIONES CON LAS CORTES Y SECRETARIA DEL GOBIERNO. R.D. 74 / 92
Mº DE LA PRESIDENCIA. R.D. 1333 / 94
Mº DE OBRAS PUBLICAS, TURISMO Y MEDIO AMBIENTE. O. 23.11.94
Reglamento nacional del transporte de mercancías peligrosas por carretera

(6) TURMO SIERRA, E.
Radiación térmica en incendios de líquidos y gases. NTP-326-1993
Barcelona, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, 1993

(7) TURMO SIERRA, E.
Fugas en recipientes y conducciones: emisión en fase líquida. NTP-362-1994
Barcelona, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, 1994

(8) TURMO SIERRA, E.
Fugas en recipientes: emisión en fase gaseosa. NTP-385-1995
Barcelona, Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, 1995

(9) INSTITUTION OF CHEMICAL ENGINEERS
Major Hazards Onshore and Offshore
Rugby, Institution of Chemical Engineers, 1992

(10) CEPREVEN
Regla técnica para los abastecimientos de agua contra incendios. TT2-ABA
Sagasta 18 Madrid, 1984