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Riesgo de incendio debido a rayos



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      “RIESGO DE INCENDIO DEBIDO A RAYOS” Autor:Ing.
    Frank Amores Sánchez Cargo: Especialista B de
    Protección Contra Incendios. UEB: APCI Desarrollo y
    Certificación. Empresa: Agencia de Protección
    Contra Incendios Teléfono: 866-5225 al 28, ext. 210
    e-mail:frank@apci.cu RESUMEN El fenómeno del rayo, en
    países de áreas geográficas con similar
    actividad ceráunica a la de Cuba, es una causa importante
    de surgimiento de incendios con significativas lesiones a las
    personas y pérdidas económicas. El presente
    trabajo, deducido a partir de la Metodología de
    Gestión de Riesgos por Impactos de Rayos y Sobretensiones
    establecido por la NC IEC 62605-2, pretende establecer un
    procedimiento específico de identificación,
    evaluación y gestión de los riegosrelacionados con
    el incendio y la explosión originados por esta causa.
    INTRODUCCIÓN Los rayos son fenómenos naturales y no
    existen dispositivos ni métodos capaces de impedir su
    ocurrencia. Al impactar en las edificaciones, los servicios
    conectados a las mismas o en la tierra cercana, son peligrosos
    para las personas, las edificaciones en sí mismas, su
    contenido y sus instalaciones. La protección contra rayos
    y sobretensiones transitorias se ha hecho mucho más
    compleja e importante en los últimos años. La
    introducción masiva de sistemas electrónicos en los
    diversos sectores de la economía, interconectados dentro
    de las mismas edificaciones y fuera de éstas, los ha hecho
    más vulnerables a estos fenómenos, debido a la
    mayor susceptibilidad de estos sistemas. Además de por los
    rayos, estos equipos también son afectados por las
    sobretensiones transitorias originadas por maniobras en el
    sistema eléctrico o por fallas. 1. EFECTOS DEL RAYOS SOBRE
    LAS ESTRUCTURAS Y LOS SERVICIOS La siguiente tabla reporta los
    efectos del rayo sobre varios tipos de estructuras. Tipo de
    estructura de acuerdo a su función y/o contenido Casa de
    vivienda Edificio agrícola Efectos del rayo
    Perforación de las instalaciones eléctricas,
    incendio y daño material Daño normalmente limitado
    a objetos expuestos al punto de impacto o a la vía de la
    corriente del rayo Fallo de los equipos y sistemas
    eléctricos y electrónicos instalados (ejemplo:
    televisores, computadoras, módems, teléfonos, etc.)
    Riesgo primario de incendio y peligro de tensión de paso
    así como daños materiales Riesgo secundario debido
    a pérdida de la energía eléctrica, y peligro
    para la vida de animales útiles debido a fallo del control
    electrónico de los sistemas de 1   

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    Hotel, Banco,   suministro de ventilación y alimento,
    etc. Teatro, Daño a las instalaciones eléctricas
    (ejemplo: iluminación eléctrica) que Escuela,
    Tienda por departamentos, probablemente cause pánico Fallo
    de alarmas de incendio que provocan medidas retardadas de lucha
    contra el incendio Área deportiva Como las anteriores,
    más los problemas que resultan de la pérdida de
    Compañía de seguro, Compañía
    comercial. Hospital, Casa de cuidados, Prisión Industria
    Museo, Sitio Arqueológico e Iglesia Telecomunicaciones,
    Plantas eléctricas Fábrica de explosivos,
    Fábrica de municiones Planta química,
    Refinería, Planta nuclear , comunicación, fallo de
    computadoras y pérdida de datos Como las anteriores,
    más problemas de personas en cuidados intensivos, y las
    dificultades del rescate de personas inmóviles Efectos
    adicionales que dependen del contenido de las fábricas,
    yendo desde menores hasta daños inaceptables y
    pérdida de producción Pérdida de herencia
    cultural irremplazable Pérdida inaceptable de servicios
    para el público Consecuencias de incendio y
    explosión para la planta y sus alrededores Incendio y
    malfuncionamiento de la planta con consecuencias desfavorables
    para el ambiente local y global Laboratorios, plantas
    bioquímicas Esta tabla muestra los efectos del rayo sobre
    varios tipos de servicios. Tipo de servicio Línea de
    telecomunicaciones Línea eléctrica Tubería
    de agua Tubería de gas, Tubería de combustible
    Efectos del rayo Daño mecánico a la línea,
    fusión de los blindajes y conductores, ruptura del
    aislamiento del cable y el equipamiento produciendo un fallo
    primario con pérdida inmediata del servicio Fallos
    secundarios en los cables de fibra óptica con daños
    al cable pero sin pérdida del servicio Daños a
    aisladores de líneas aéreas de baja tensión,
    perforación del aislamiento de la línea del cable,
    ruptura del aislamiento del equipamiento y transformadores de
    línea , con pérdida significativa del servicio
    Daños al equipamiento de control eléctrico y
    electrónico que probablemente cause pérdida del
    servicio Perforación de las juntas tipo collar no
    metálicas que probablemente cause incendio y/o
    explosión. Daños al equipamiento de control
    eléctrico y electrónico que probablemente cause
    pérdida del servicio Las descargas directas sobre una
    estructurapueden provocar: 2   

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    ? ? ?   Daños mecánicosdirectos, incendio y/o
    explosión debido al propio arco de plasma caliente del
    rayo, a la corriente que produce sobrecalentamiento óhmico
    de los conductoreso a la carga eléctrica que produce una
    erosión de arco (fusión del metal). Incendios y/o
    explosiones iniciados por chispas producidas por las
    sobretensiones resultantes de acoplamientos resistivos e
    inductivos y por la circulación de una parte de la
    corriente del rayo. Las descargas directas sobre un servicio
    conectado a la estructura pueden provocar: ? Incendios y/o
    explosiones iniciados por chispas producidas por las
    sobretensiones y corrientes de rayo transmitidas a través
    de los servicios conectados a la estructura. Cuando existe un
    SPCR instalado, son muy importantes las medidas de
    equipotencialización para reducir los daños por
    incendio y explosióny los peligros para la vida. Para la
    reducción de los daños físicos deben tomarse
    provisiones que limiten el desarrollo y propagación del
    incendio tales como compartimentos a prueba de fuego,extintores
    portátiles, hidrantes ysistemas de detección y
    extinción de incendio. Los cálculos de
    elevación temperatura de los conductores a través
    de los cuales circula el impulso del rayo, pueden ser necesarios
    si existe riesgo para las personas y de incendio o
    explosión ytienen que tomarse en cuenta durante el
    diseño e la instalación de los sistemas de
    protección contra rayos. El objetivo de un sistema de
    protección contra rayos es proteger los edificios del
    impacto directo de rayo y posibles incendios o de las
    consecuencias de la corriente activa del rayo independiente de la
    carga (descargasde rayo que no provocan ignición). Los
    sistemas de protección contra rayos se requieren siempre
    en estructuras con riesgo de incendio tales como: grandes
    fábricas de procesamiento de madera,edificioscon techos de
    pajay plantas de almacenaje y producción con alta carga
    combustible. Las instalaciones metálicas tales como las
    tuberías de agua y aire acondicionado, producen lazos en
    la estructura en los cuales se inducen tensiones impulsivas
    debido al campo magnético del rayo que cambia
    rápidamente. Estas tensiones deben evitarse porque causan
    descargas incontroladas que pueden provocar incendios. Algunos
    ejemplos significativos de incendios o explosiones provocadas por
    rayos: Explosión de un tanque de oilpor impacto de rayo e
    incendio deotros 6 tanques vecinosen la refinería
    Pertamina en Cilacap en la costa sur Indonesia en octubre de
    1995. Causa: Incompleta unión equipotencial. 3 
     

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    ? ? ? ? ? ? ?   Explosión de varios tanques de fuel
    por impacto de rayo en la refinería deTrzebinia,cerca de
    Krakauen Polonia en mayo de 2002. Los bomberos no pudieron
    controlar el incendio. Causa: Incompleto sistema de
    protección contra rayos. Explosiónde un
    depósito de municiones de la fuerza aérea por
    impacto de rayo en la región de Chita, Rusia en 2001.
    Interrupción total del tráfico de ferrocarrilen
    Krefeld, Alemania, el 22 de Junio de 2002por impacto de rayo
    cerca de la estación central. Las instalaciones
    técnicas de la torre de interruptor se quemaron. Debido al
    fallo de energía también algunas barreras no
    funcionaron más. Bloqueo de tráfico aéreo
    por más de 2 horas por impacto de rayoenla torre de
    control del aeropuerto de Frankfurt, Alemania, en 1992. 70 vuelos
    de salida pospuestos y 40 vuelos de llegada direccionados a otros
    aeropuertos. El sistema de extinción por gas no
    funcionó adecuadamente. Incendio sobre las válvulas
    de alivio del techo de un tanque de almacenamiento de crudo
    debido a un impacto directo de rayo el 28 de marzo de 2000 en
    Colombia.Como daño adicionalse produjo el paro general en
    la fase II del área de máquinas y la
    destrucción de las redes de control de las instalaciones.
    Incendio del buque tanque “Opón” perteneciente
    a la Tropical Oil cargado de gasolina etílica
    estalló en llamas debido a un impacto directo de rayo en
    el puerto de Cantimplora, río Magdalena,en el Departamento
    de Antioquia, Colombia. Murieron al menos 20 tripulantes.
    Incendio de un tanque petrolero debido al impacto de un rayo
    ennoviembre de 1994, Dronka, Egipto. Murieron 530 personas y se
    afectaron las instalaciones aledañas. Causa: estaba sin
    efecto la conexión a tierra. 2. DETERMINACIÓN DEL
    RIESGO DE INCENDIO DEBIDO A RAYOS Únicamente las chispas
    que llevan corriente del rayo (total o parcial) presentan la
    energía suficiente para ser consideras capaces de iniciar
    un incendio.Esto ocurre sólo cuando se presentan las
    fuentes de daño S1(descarga directa sobre la estructura) o
    S3(descarga directa sobre el servicio). RF= RB + RV donde: RF:
    Riesgo de daño físico debido a incendio o
    explosión. 4   

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    rp   RB: Componente relacionado con los daños
    físicos producidos por chispas en el interior de la
    estructura, causantes de incendio o explosiones que
    también pueden afectar al ambiente. RV: Componente
    relacionado con los daños físicos producidos por la
    corriente del rayo transmitida a través de las
    líneas entrantes (incendio o explosión generados
    por chispas peligrosas producidas, generalmente, en el punto de
    entrada de la línea a la estructura, entre la
    instalación externa y las partes metálicas).
    Factores de los cuales dependen las componentes del Riesgo de
    incendio (RF): RBdepende de: ? Superficie de captación de
    la estructura. ? Existencia de un SPCR externo. ? Existencia de
    medidas de protección contra incendios. ? Sensibilidad al
    fuego. ? Peligro especial RV depende de: ? Superficie de
    captación. ? Existencia de un SPCR externo debido a la
    conexión equipotencial. ? Apantallamiento de las
    líneas externas. ? Existencia de medidas de
    protección contra incendios. ? Sensibilidad al fuego. ?
    Peligro especial ? Tensión de soporte a impulso de los
    sistemas internos. Cada componente de riesgo puede expresarse por
    medio de la siguiente ecuación general: . donde: N:
    Número medio anual de sucesos peligrosos P: Probabilidad
    L: Pérdida resultante . . . donde: ND Valor medio anual de
    sucesos peligrosos debido a descargas directas en la estructura.
    PB Probabilidad de que una descarga en la estructura produzca
    daños físicos. LB Pérdida debida a
    daños físicos. . . . . . donde: Factor reductor de
    las pérdidas debido a medidas de protección contra
    incendio 5   

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    hz rf Lf Ng Cd NC Ad/b 0,25 0,5 1 2 0,01 1 0,5 0,2 1 2  
    Factor amplificador delas pérdidas por daños
    físicos. Factor reductor de las pérdidas debido a
    la sensibilidad al fuego de la estructura Pérdidas debidas
    a daños físicos. . / . . 10 donde: Densidad de
    descargas a tierra (días de tormenta/Km2.año) Ad/b
    Superficie de captación de la estructura aislada. Factor
    de localización de la estructura. 0,1 . donde: Densidad de
    descargas a tierra (días de tormenta/año) y se
    determina mediante del Mapa de Niveles Isoceráunicos del
    país. Se determina afectando el área de planta de
    la estructura por 3 veces su altura. Factor de
    localización de la estructura (Cd) Estructura rodeada por
    objetos más altos. Estructura rodeada por objetos iguales
    o más bajos. Estructura aislada. Estructura en la cima de
    una colina. Probabilidad de que una descarga directa en la
    estructura produzca daños físicos (PB) 1 0,2 0,1
    0,05 0,02 Sin SPCR Con SPCR Nivel IV Con SPCR Nivel III Con SPCR
    Nivel II Con SPCR Nivel I Con SPCR Nivel I con armaduras
    metálicas continua o de hormigón armado actuando
    como bajantes. 0,001 Con SPCR Nivel I con techo metálico o
    con sistema de captura (incluyendo componentes naturales) con
    protección completa de las instalaciones en la cubierta y
    con armaduras metálicas continua o de hormigón
    armado actuando como bajantes. Factor reductor de las
    pérdidas debido a las medidas de protección
    contraincendios (rp) Sin medidas Sistemas manuales: extintores,
    instalaciones fijas de extinción manual, instalaciones
    manuales de alarma contra incendios, tomas de agua,
    compartimentos a prueba de fuego, vías de
    evacuación. Sistemas automáticos: instalaciones
    fijas de extinción automática, instalaciones
    automáticas de alarma contra incendios protegidas contra
    sobretensiones y los bomberos pueden llegar en menos de 10 min.
    Nota 1: Si existen más de una medida de protección
    se toma el valor más bajo. Nota 2: En estructuras con
    riesgo de explosión se toma valor 1. Factor amplificador
    de las pérdidas debido a daños especiales (hZ) Sin
    daño especial Nivel bajo de pánico (estructuras
    limitadas a 2 niveles y cantidad de personas inferior a 6 
     

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    5 10 20 50 1 0,1 0,05 0,02 Al Ct   100) Nivel medio de
    pánico (estructuras destinadas a eventos culturales o
    deportivos con cantidad de personas entre 100 y 1000) o
    dificultad de evacuación (estructuras con personas
    inválidas, hospitales) Nivel alto de pánico
    (estructuras destinadas a eventos culturales o deportivos con
    cantidad de personas superior a 1000) Riesgos para el medio
    ambiente o los alrededores Contaminación del medio
    ambiente o de los alrededores Factor reductor de las
    pérdidas debido al riesgo de incendio de la estructura
    (rf) Riesgo de explosión 0,1 0,01 Riesgo de incendio alto
    Riesgo de incendio normal 0,001 Riesgo de incendio bajo 0,01 0
    Ninguno Pérdidas debidas a daños físicos
    (Lf) Hospitales, hoteles, edificios civiles. Edificios
    comerciales, industriales, escuelas. Entretenimiento
    público, iglesias, museos. Otros. . . donde: NDa Valor
    medio anual de sucesos peligrosos para la estructura adyacente.
    NL Valor medio anual de sucesos peligrosos debido a descargas en
    el servicio PV Probabilidad de que una descarga en el servicio
    produzca daños físicos. LV Pérdida debida a
    daños físicos. . . . . . Como puede apreciarse LV
    se calcula igual a LB. . . . . 10 La ecuación para
    calcular NDa es la misma que para ND. donde: Superficie de
    captación del servicio Factor del transformador El valor
    medio anual de sucesos peligrosos por descargas directas en las
    líneasque penetran al edificio NL tiene que determinarse
    para cada una de éstas. El impacto de rayo dentro del
    área de captura de la líneaALprovoca, por lo
    general, un evento de alta energía que puede iniciar
    incendio, explosión y reacciones mecánicas o
    químicas. Por tanto, NL no comprende las sobretensiones
    puras que provocan fallas o daños en los sistemas
    eléctricos 7   

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    LC Ha Hb Hc   y electrónicos, sino los efectos
    mecánicos y térmicos que aparecen cuando impactan
    los rayos. Para líneas aéreas: 3. . 6. donde:
    Longitud de la sección de servicio desde la estructura
    hasta el primer nodo. Debe considerarse una longitud
    máxima de 1 Km. Altura de la estructura conectada al
    extremo “a” del servicio Altura de la estructura
    conectada al extremo “b” del servicio Altura de los
    conductores del servicio sobre el terreno Probabilidad de que la
    descarga en el servicio produzca daños físicos (PV)
    Cuando no se emplean SPD para la conexión equipotencial
    del SPCRINT, PV=PLD Cuando se emplean SPD para la conexión
    equipotencial del SPCRINT, PV= valor más pequeño
    entrePSPDy PLD UW (KV) 1,5 2,5 4 6 Rs=5~20 O/Km 1 0,95 0,9 0,8
    Rs=1~5 O/Km 0,8 0,6 0,3 0,1 Rs=1 O/Km 0,4 0,2 0,04 0,02 Nivel de
    protección Sin SPD coordinados III-IV II I PSPD 1 0,03
    0,02 0,01 Para un servicio sin apantallar PLD=1 Son posibles
    valores más bajos en caso de que las
    características de los SPD (mayor IN, menor superiores UP)
    a sean los 0,005 – 0,001 requisitos del NPR I en los
    diferentes puntos de la instalación. donde: UW:
    Tensión soportada al impulso del equipamiento. RS:
    Resistencia de la pantalla del cable. Medidas de
    protección para reducir las consecuencias del incendio Las
    medidas de protección contra incendios permiten disminuir
    los valores de los riesgos que tienen que ver con los
    daños físicos a la estructura. Estas pueden
    ser:Manuales, Automáticas o la combinación de
    ambas. Medidas manuales: Dentro de las medidas manuales
    están los sistemas manuales de extinción (como los
    extintores portátiles, los hidrantes exteriores, las bocas
    de incendio equipadas, etc.), los dispositivos de aviso de
    incendio (como los pulsadores manuales asociados a los sistemas
    de alarma de incendio) y la compartimentación de los
    recintos (diseño constructivo que permita la operatividad
    funcional pero a la vez impida la propagación del fuego de
    unos 8   

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      recintos a otros, con el adecuado tratamiento de los
    huecos existentes, tanto para paso de personas como de
    canalizaciones). Componentes de un sistema de extinción
    manual Componentes de un sistema manual de alarma contra
    incendio. Medidas automáticas: Dentro de las medidas
    manuales estánlos sistemas automáticos de
    extinción (por rociadores agua o por gases), materiales
    ignífugos (utilizando materiales de construcción no
    combustibleso limitando la combustibilidad de los materiales de
    revestimiento, acabado y decoraciónmediante un tratamiento
    de ignifugación) y sistemas de detección
    automática de incendio. Componentes de un sistema de
    extinción automático. 9   

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    ?   Componentes de un sistema automático de
    detección de incendios. Las tareasdel presente trabajo
    serían: ? Establecerlos valores tolerables de riesgo
    debido a incendio de pérdidas de vidas humanas y de
    pérdidas económicas para establecer la
    comparación con los valores calculados y, en consecuencia,
    determinar la aplicabilidad desde el punto de vista
    técnico de las medidas de protección contra
    incendio. ? Identificar mediante pesos porcentuales los
    parámetros que más aportan a riesgos parciales RB
    yRvpara de este modo tipificar las medidas de protección
    que serían más efectivas a implementar en cada
    caso. De análisis matemático de las ecuaciones que
    establecen estos riesgos parciales pudo determinarse que los
    parámetros que mayor peso son Para RB:rf,hz, NC, Cd, Pb y
    Para Rv: rf,hz,NDa, Pv, Lf. El parámetro que mayor peso
    tiene sobre dichos riesgos parciales es el riego de incendio rF,
    a tal punto que puede hacerlos nulos. Posibles medidas de
    protección para conseguir la reducción de: ? rf:
    Uso de medios de detección y extinción de incendios
    manuales y automáticos. ? Pb:Uso de SPCRcon el Nivel de
    Protección contra Rayos adecuado, incluyendo la
    posibilidad de apantallamiento espacial. ? PV: Uso de
    apantallamiento de las líneas y de SPDs. El resto de los
    parámetros, aunque presentan un índice de
    influencia considerable, poco puede hacerse una vez que
    están definidas las características de edificio y
    las líneas, pero deberán tomarse en
    consideración a la hora de planificar una
    nuevaedificación. 3. BIBLIOGRAFÍA NC IEC 62305:
    2006 “Protección contra rayos” – Parte
    1: Principios generales, Parte 2: Gestión de riesgos.
    10   

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