Sistemas de detección

Continuando con la etapa de Ejecución del Proyecto, abordaremos el apartado del mapeo de fuego y gas.

2.2. Mapeo de fuego y gas

La norma define tres (03) tipos de mapeo, cada uno con un nivel de complejidad y esfuerzo distinto:

• Método prescriptivo.
• Método volumétrico.
• Método basado en escenarios.

Se menciona el concepto de proporcionalidad, que consiste en aplicar el método de mapeo según el nivel de riesgo.

Mapeo de Fuego.

Los detectores de fuego se comportan de manera binaria (detectan o no detectan el fuego), solo que dependiendo del tamaño del fuego que se quiere detectar se colocan más cerca o más lejos de la posible fuente, es decir, más allá del ajuste de la sensibilidad, no tienen punto de ajuste (set point) dependiente de las características de la llama. Para minimizar las activaciones no deseadas (falsas alarmas) se puede emplear votación de los detectores, por ejemplo, votación 1ooN para alarma y 2ooN para acción de control. Para el mapeo de fuego se recomienda definir el tamaño del fuego que se quiere detectar, tomando en cuenta el material inflamable, las condiciones de proceso y el enfoque de riesgo corporativo.

• Método prescriptivo. Este método se basa en evaluaciones cualitativas y dependientes del juicio del diseñador, por lo tanto, la ubicación de los detectores se realiza según; a) Diseños probados (en aplicaciones similares), b) Normas prescriptivas, y c) Las características propias del gas, presión, temperatura, así como las características propias del sitio: congestión y confinamiento. Para este método no es necesario el modelado por software ni las métricas para evaluar el desempeño.
• Método volumétrico. Se basa en detectar un fuego de determinado tamaño, y la métrica de desempeño consiste en evaluar el porcentaje de cobertura de un volumen determinado. El tamaño del fuego puede presentarse en; a) calor radiante (RHO) o b) tamaño del fuego en pie cúbico (ft²). Para realizar este método de mapeo se requiere del modelado por software.
• Método basado en escenarios. La norma omite la aplicación del método basado en escenarios para la detección de fuego, ya que aporta pocos beneficios considerando el nivel de complejidad de este método.

Mapeo de Gases Inflamables.

El punto de ajuste de los detectores de gases se establece por debajo del LEL (límite inferior de explosividad) del gas inflamable que se quiere detectar, con el objeto de que sea lo suficientemente bajo para una detección temprana, pero al mismo tiempo lo suficientemente alta para evitar falsas alarmas. Para minimizar las activaciones no deseadas se puede emplear votación de los detectores, por ejemplo, votación 1ooN para alarma y 2ooN para acción de control. Antes de realizar el mapeo de gases inflamables deben definirse los puntos de ajuste, los cuales también deben estar declarados en la filosofía de fuego y Gas.

• Método prescriptivo. Este método se basa en evaluaciones cualitativas y dependientes del juicio del diseñador, por lo tanto, la ubicación de los detectores se realiza según; a) Diseños probados (en aplicaciones similares), b) Normas prescriptivas, y c) Las características propias del gas, presión, temperatura, así como las características propias del sitio: congestión y confinamiento. Para este método no es necesario el modelado por software ni las métricas para evaluar el desempeño.
• Método volumétrico. Se basa en detectar una nube de gas de determinado tamaño, y la métrica de desempeño consiste en evaluar el porcentaje de cobertura de un volumen determinado. El tamaño de la nube de gas que se quiere detectar puede estar fundamentado en cualquier método, ya sea cualitativo, semicuantitativo o cuantitativo. Para realizar este método de mapeo se requiere del modelado por software.
• Método basado en escenarios. Aplicar este método requiere de información específica del proceso, y se deben considerar tanto la frecuencia como las consecuencias para cuantificar el riesgo. Entre los parámetros utilizados para el modelado están; la ubicación y dirección de la fuga, la velocidad y dirección del viento, y el tamaño del orificio. La métrica de desempeño consiste en evaluar el porcentaje de fugas detectadas o evaluar la frecuencia (por año) de las fugas que no se detectan, la norma recomienda utilizar la última. Este método se realiza una vez que se ha llevado a cabo el análisis cuantitativo de riesgos (ACR). Para realizar este método de mapeo y calcular la concentración de gas, se requiere del análisis de dispersión mediante modelado en 3D por software, por ejemplo, el Análisis Computacional de Fluidos (CFD, en inglés).

Para el mapeo de gases inflamables la norma hace consideraciones generales, entre las cuales podemos nombrar: el efecto que tiene sobre la gestión del cambio el método de mapeo elegido (recordar el concepto de proporcionalidad mencionado anteriormente), el efecto de la concentración de la nube de gas sobre el modelado de detectores de camino abierto (open path), las consideraciones prácticas de la instalación de los detectores de gases según su entorno, las consideraciones a tener en cuenta al momento de determinar el  tiempo de respuesta del detector, los factores a tener en cuenta al colocar monitoreo de perímetro, y consejos sobre la representación del mapeo en 2D versus 3D.

Mapeo de Gases Tóxicos.

Para definir los puntos de ajuste (set point) la norma recomienda revisar los niveles de exposición ocupacional para el material tóxico en cuestión, usando como referencia el documento de HSE EH40 “Workplace exposure limits”. Con el fin de minimizar las activaciones no deseadas debido a concentraciones pico de corta duración, para la activación de la alarma se puede aplicar un retardo de X segundos, o también emplear votación 2ooN. Antes de realizar el mapeo de gases tóxicos deben definirse los objetivos de desempeño (declararlos en la filosofía de fuego y Gas). La norma proporciona una tabla de Factores de riesgo y mitigación, que sirve como guía para determinar los objetivos de desempeño del sistema de detección de gases tóxicos.

• Método prescriptivo. Para este método aplican las mismas consideraciones del método prescriptivo para la detección de gases inflamables, más la aplicación de la tabla de Factores de riesgo y mitigación.
• Método volumétrico. Aplican las mismas consideraciones del método volumértico para la detección de gases inflamables, pero haciendo énfasis en las áreas donde el personal normalmente está presente.
• Método basado en escenarios. Para este método aplican las mismas consideraciones del método basado en escenarios para la detección de gases inflamables.

La norma también hace consideraciones generales cuando se realiza el mapeo de gases tóxicos, por ejemplo, tomar en cuenta los factores que influyen en el tiempo de respuesta del detector, que el uso de accesorios en los detectores no comprometa los resultados del mapeo de gases, considerar la capacidad de recuperación del detector luego de una alta o prolongada exposición al gas, considerar la concentración del gas en el desempeño del detector, tener en cuenta durante el estudio de mapeo los efectos de la sensibilidad cruzada (gases de interferencia que producen la activación del detector , aún sin la presencia del gas objetivo) y el monitoreo de perímetro (con detectores de camino abierto – open path) en caso de que la migración de la nube de gas tóxico de un área a otra represente un peligro.

2.3. Desarrollo de la Ingeniería de Detalle del SFG

La norma reconoce que el diseño del SFG empieza al inicio del ciclo de vida del proyecto cuando aún no se cuenta con el modelo 3D, por lo que la norma sugiere un enfoque de dos etapas, primero utilizar un método prescriptivo (más conservador y con mayor número de detectores), y luego cuando el diseño sea estable y casi sin cambios, aplicar métodos más detallados como el mapeo volumétrico o mapeo basado en escenarios. Se admite que puede haber cambios, y que la eliminación de detectores es más fácil de manejar que la incorporación de nuevos detectores. En cuanto a la Gestión del Cambio la norma sugiere la designación de una persona competente en SFG, que será la encargada de aprobar los cambios en la documentación que ha sido aprobada para construcción, el ingeniero responsable del SFG también puede sugerir cambios para mejorar la seguridad y que requieran realizar nuevamente el mapeo.

En la próxima entrada abordaremos los tópicos de instalación y mantenimiento.

Referencias:

1. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2019) Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) basados en desempeño: Una visión general. https://grupocsf.com/sdfg/
2. Consultoría en Seguridad Funcional (CSF) (2020) Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG) – Fundamentos básicos para su elaboración. https://grupocsf.com/filosofia-del-sistema-de-fuego-y-gas-sfg/
3. ISA-TR84.00.07 (2018). Guidance on the Evaluation of Fire, Combustible Gas, and Toxic Gas System Effectiveness. Research Triangle Park, NC.
4. BS 60080. (2020). Explosive and toxic atmospheres — Hazard detection mapping — Guidance on the placement of permanently installed flame and gas detection devices using software tools and other techniques. BSI Standards Limited.
5. Asia Pacific Fire Magazine. Introduction to BS60080:2020 guidance on the placement of detection devices. Por James McNay. https://apfmag.mdmpublishing.com/introduction-to-bs600802020-guidance-on-the-placement-of-detection-devices/
6. Insight Numerics. (14 de octubre de 2020). Understanding the new British Standard (BS 60080:2020) for Fire and Gas Mapping [Video]. Recuperado de https://www.youtube.com/watch?v=E4xYYFcAUAc

Hernán Núñez
FSEng TÜV SÜD TP180515282

Romel Rodríguez
Functional Safety Expert TÜV SÜD TP18010990
ISA84/IEC 61511 Expert
FSEng TÜV Rheinland 575/07 | PHA Leader