Soluciones Especiales

Sistema automático de protección contra fuegos de baterías de ion litio

Las baterías de iones de litio combinan materiales de alta energía con electrolitos a menudo inflamables, y que utilizan disolventes orgánicos, como el carbonato de etilo mezclado con carbonatos lineales de mayor volatilidad, cuando una sola celda, o área dentro de la celda, alcanza temperaturas elevadas debido a un fallo térmico, fallo mecánico, cortocircuito interno o externo, descarga excesiva, sobrecarga o abuso electroquímico, el electrolito se inflamara , el material de óxido del cátodo se descompone y se produce la liberación de oxígeno, y un gran incremento de la temperatura, efecto que se conoce como un Thermal runnaway.

En caso de incendio, ¿A qué nos enfrentamos?

  1. La estructura de hormigón puede colapsar.
      • A partir de 200/400ºC el agua que tiene el hormigón “agua de constitución” empieza a evaporar produciendo un deterioro en la estructura de hormigón conocido como “spalling” dejando al aire el acero del que se compone el hormigón
      • A 400ºC el Acero comienza a modificar su elasticidad volviéndose “dúctil” y a 600ºC se produce una bajada drástica de su resistencia
  2. Gran cantidad de humo TOXICO. Las rutas de escape se vean afectadas por las temperaturas elevadas y el humo tóxico, algo que empeora muchísimo con el uso de coches eléctricos.

Coches eléctricos en aparcamientos subterráneos

Los vehículos son la principal carga de fuego en aparcamientos, en los últimos años ha habido un aumento en el riesgo de incendio debido a los cambios en el diseño de los vehículos y al mayor uso de plásticos y otros materiales combustibles en la construcción de vehículos.

El mayor contenido de plástico de los vehículos modernos se manifiesta en una propagación más rápida de la llama dentro del vehículo, un encendido más fácil y una propagación más rápida del fuego a los vehículos colindantes.

Tendencias en la normativa

Ya son muchos los organismos internacionales que están aumentando las exigencias de protección contra incendios en los parkings por la aparición de este nuevo riesgo, FUEGOS más fácil de originarse, con muchísima aportación térmica y gran cantidad de humos tóxicos, un endurecimiento de la clasificación del riesgo de aparcamiento de OH-1 a OH-2 para NFPA y FM de HC-2 a HC-3 por ejemplo.

Eso nos da una idea de la severidad de un fuego de coche eléctrico.

¿Por qué realizar un ensayo?

Es evidente la necesidad de buscar una solución a la problemática de los fuegos
en coches eléctricos en su momento de más riesgo, el proceso de recarga.
Hasta ahora no se había buscado ninguna solución técnica sobre todo por la falta de
producto que ofreciese ciertas garantías de éxito.

Pero evidentemente cualquier solución tendría que venir de la mano de un documento que acreditase su validez, según nos indica el Real Decreto 513/2017 del 22 mayo (RIPCI), en su artículo 5. Un Documento de Idoneidad Técnica (DITE).

Los productos (equipos, sistemas o componentes) de protección contra incendios no tradicionales o innovadores para los que no existe norma y exista riesgo, deberán justificar el cumplimiento de las exigencias establecidas en este Reglamento mediante una evaluación técnica favorable de la idoneidad para su uso previsto, realizada por los organismos habilitados para ello por las administraciones públicas competentes.

¿Por qué este diseño?

Es evidente la necesidad de buscar una solución a la problemática de los fuegos en coches eléctricos en su momento de más riesgo, el proceso de recarga.

Hasta ahora no se había buscado ninguna solución técnica sobre todo por la falta de producto que ofreciese ciertas garantías de éxito, con esta tecnología este problema se ha resuelto.

Pero el diseño tenía que ser fácil de implementar

  • Intentar diseñar un sistema con mínimas necesidades de agua/presión para que sea adaptable a cualquier instalación existente de agua contra incendios, como es un pequeño hipermercado de “barrio”
  • No necesita de ninguna obra civil relevante, “fácil instalación” y mantenimiento
  • Sistema “ampliable” según el número de plazas eléctricas a coste mínimo
  • Producto ecológico, 100% biodegradable, con certificaciones Internacionales En este caso NFPA
  • Poca necesidad de agua simplifica las labores de limpieza y de evacuación del agua.

Objetivo

El objetivo es el Control/supresión del desarrollo de un incendio de un automóvil con baterías de Iones de Litio de 50.94kw ubicado en un estacionamiento cubierto utilizando agua con aditivo F-500 al 3% como agente extintor.

Se si simulará un escenario de 3 plazas de aparcamiento de 2,5 x 5m cada una, resultando un área de actuación 37,5m2, basado en indicaciones del Bomberos de Barcelona según su reglamento.

Installacions de recàrrega de vehicles elèctrics (IRVE)

  • Se ubicará un coche con baterías en la plaza central del escenario
  • Un coche de combustible en plaza anexa
  • Se dejará libre la otra plaza para verificar temperaturas asimilándolo a lo que sería un pasillo de evacuación.

Requerimientos de mínimos para aprobación

1. El fuego no debe de propagarse al coche contiguo. Coche salió sin ningún daño

2. La temperatura del pasillo de evacuación a los 10m de inicio de la descarga no debe de superar los 60ºC. Se consiguió en 2 minutos

3. Temperatura en el techo a 2,5m no puede superar los 70ºC una vez iniciada la descarga. Conseguido en 2 m

Sistema de extinción

Sistema de extinción compuesto

  • 2 boquillas D3 por cada plaza, mínima presión requerida 1,5bar en boquilla
  • Válvula direccionable por cada plaza
  • Proporcionador Diamond Doser para F-500, al 3% 250lpm, mínimo 4bar de presión
  • Depósito de F-500 de 420 litros
  • Abastecimiento de agua requerido 14,6m3, para autonomía de 60minutos
  • 1 detector triple tecnología por cada plaza

Sistema de extinción/DETECCIÓN

  • Boquilla D3 PROTECTOSPRAY
  • Presión de diseño, 1,5 bar
  • Coeficiente de descarga K=33,1
  • Ángulo de descarga 95º
  • Rosca NPT de 1/2 pulgada
  • Acabado en bronce
  • Presión de trabajo máxima 16 bar
  • Presión de trabajo de diseño 3 bar
  • 450 lpm (119 US gpm) @ 1430 rpm
  • Hasta 250 litros/minuto
  • Ratio de dosificación 3%
  • Marcado CE

    Se dispondrá de 1 detectore MultiSensor de Humo, Calor y Monóxido de Carbono modelo por cada plaza, con activación con coincidencia de 2 tecnologías. Conectados a central inteligente.

    El disparo se hará de forma automática con un sistema de detección instalado a tal efecto, Compuesto por 3 detectores de triple tecnología óptico/térmico/CO, colocados justo encima de cada plaza de aparcamiento.

    El sistema se activará cuando uno de los detectores situados encima de la plaza de aparcamiento se active, automáticamente se activarán las solenoides de las zonas:

      • Zona afectada por la detección
      • Plaza anterior
      • Plaza posterior

      DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES

      (Performance Based Design)

      Las medidas de protección contra incendios, que se incorporan a los edificios e industrias son principalmente el resultado de la aplicación de los requisitos prescriptivos establecidos en los diversos códigos, reglamentos, ordenanzas, etc., vigentes.

      Como alternativa, cuando las prescripciones técnicas son difíciles o imposibles de cumplir, aplicamos el PBD (DISEÑO BASADO EN PRESTACIONES (Performance Based Design).

      La definición del PBD que nos da la SFPE, Society of Fire Protection Engenieers

      “Aplicación de los conocimientos científicos y fundamentos de la ingeniería, al diseño de las medidas necesarias para la protección de las personas y su entorno frente a los incendios”

      las cuatro metas/objetivos fundamentales

      • Protección de la vida (ocupantes, bomberos, público, sociedad)
      • Protección propiedad (edificio, contenido, infraestructuras)
      • Protección misión (negocios, procesos, patrimonio histórico)
      • Protección del medioambiente (de procesos industriales, agentes extintores)
      Los ingenieros de 3F utilizan la ciencia y la tecnología para proteger a las personas, las propiedades y las industrias de los incendios.

      Analizan el uso de los edificios, cómo se inician los incendios, cómo crecen, y cómo el fuego y el humo afectan a las personas, los edificios y propiedades.

      PRUEBA DE ESTANQUIDAD

      La efectividad de toda instalación de protección mediante gas, está directamente relacionada con la capacidad del recinto de mantener el agente extintor en su interior. En consecuencia, asegurar la estanquidad del mismo, es una parte esencial en el diseño de este tipo de instalaciones.
      Para validar el sistema, la normativa de diseño exige verificar la estanquidad del recinto a proteger.

      La verificación de dicha estanquidad se realizará mediante el ensayo del ventilador de puerta (Door Fan Test) que es uno de los métodos admitidos por las normas de diseño. El objetivo de esta prueba es realizar el test de estanqueidad del recinto y presentar el informe respectivo con el objeto de garantizar la efectividad del sistema contra incendio, asegurando que una concentración suficiente permanece en la sala protegida al menos los 10 min que indica la norma UNE-EN 15004-1:

      1. El inicio del tiempo de retención se da cuando la concentración en todo el recinto debe ser la concentración mínima de diseño.
      2. Al final del tiempo de retención, la concentración de extinción a la altura del elemento a proteger no debe ser inferior al 85% de la concentración de diseño.
      3. El tiempo de retención no debe ser inferior a 10 min, a menos que la autoridad especifique lo contrario.

      Tras su realización, el Door Fan Test permite:

      • Comprobar el área equivalente de fugas de la sala.
      • Comprobar que se cumple con la concentración mínima durante el tiempo de retención de 10 minutos.
      • Comprobar que se cumple con la concentración de extinción mínima a la máxima altura de equipos protegidos durante el tiempo de retención de 10 minutos.
      • Comprobar el diferencial de presión que se alcanza en la sala tras la descarga.

      La prueba solo puede ser realizada por personal formado y certificado específicamente por el fabricante de los equipos.

      Instrumental utilizado

      Los fabricantes de este tipo de equipos proporcionan un kit compuesto por el ventilador, junto con placas que restringen el caudal de aire en diferentes medidas, accesorios para el montaje en la puerta, y un dispositivo eléctrico de alimentación y control.

      Figura 11.1. Accesorios para el montaje en la puerta

      Figura 11.2. Ventilador con distintos rangos
      El fabricante también proporciona un software homologado que permite introducir los datos obtenidos durante la prueba para obtener el Área de Fuga Equivalente que, junto con el tipo y cantidad de agente extintor, permiten conocer el tiempo de retención de la sala.

      El proveedor de la prueba deberá aportar certificados de calibración en vigor de los equipos utilizados.

      Desarrollo de la prueba

      En la puerta de acceso al recinto se instala el sistema de paneles que permiten la fijación del ventilador procediendo al paro de los sistemas de climatización y cierre de todos los accesos y compuertas.

      La prueba se puede realizar con personal en el interior, siempre y cuando no usen los accesos durante los periodos de obtención de datos.

      Para el desarrollo de la prueba deben seguirse los siguientes pasos:

      • Realizar una inspección visual del recinto.
      • Tomar nota del tipo de instalación, así como de la cantidad del gas a descargar y del tipo de ventilación del recinto.
      • Analizar el movimiento de gas en el recinto para deducir si durante el tiempo de retención se producirá la mezcla del gas con el aire de forma continua o no.
      • Con ayuda del distanciómetro, realizar croquis de la sala para calcular el área y el volumen, para confirmar que las dimensiones son coherentes con lo indicado en el proyecto de la instalación.
      • Comprobar si el recinto linda con el exterior, y en su caso la hermeticidad del cerramiento, para el cálculo de las pérdidas por viento.
      • Instalar el equipo del “Door Fan Test”, dejando la sala en las condiciones habituales en las que se encontraría en caso de descarga del agente extintor.
      • Introducir en el programa de cálculo las características del recinto así como las de la instalación de gas.
      • Realizar las mediciones necesarias presurizando y despresurizando el recinto, e introducir en el software de cálculo los valores registrados.
      • Obtener del programa de cálculo el tiempo de retención en condiciones de descarga, así como el valor de la superficie necesaria para evitar daños en los cerramientos tras la descarga.
      • Si el valor del tiempo de retención no alcanza el mínimo exigible (10 minutos), inspeccionar la sala bajo presión/depresión, y con ayuda de un lápiz de humo localizar los puntos de fuga.
      • Repetir la prueba una vez sellados los puntos de fuga encontrados.

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