Sistemas de seguridad

Introducción a la Norma Británica BS 60080: 2020, para la ubicación de detectores de fuego y gas (Parte 2 de 3)

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.

Técnicas de Mapeo vs Evaluación de Riesgo

Método de MapeoEvaluación de Riesgo
Basado en escenarioCuantitativo
VolumétricoSemicuantitativo
PrescriptivoCualitativo

Más

Menos

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

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Introducción a la Norma Británica BS 60080: 2020, para la ubicación de detectores de fuego y gas


El diseño de Sistemas de Fuego y Gas (SFG) no deja de ser un tema cargado de discusiones, teorías y enfoques al que pocos profesionales se atreven abordar. Ya en otros artículos [1] [2]hemos tratado el tema utilizando como referencia el reporte técnico de ISA TR 84.00.07-2018 [3], en esta oportunidad vamos a hacer una breve introducción de una nueva norma [4] de origen británico, 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”, publicada en septiembre 2020 por British Standards Institution.

Es preciso resaltar que la norma británica BS 60080:2020 es de carácter orientativo y no constituye un documento de obligatorio cumplimiento, es más una guía para el diseño de Sistemas de Detección de Fuego y Gas (SFG) fijos, que responde básicamente las siguientes preguntas [5]: 1) ¿Cuántos detectores necesito?, y 2) ¿Dónde los instalo para maximizar su efectividad?

Con el propósito de ilustrar el proceso de diseño de descrito en la norma, vamos a dividirlo en tres etapas [6]; Definición de la Filosofía (capítulos 4 y 5), Ejecución del Proyecto (capítulos 6, 7 y 8),e Instalación y Mantenimiento (capítulos 9, 10 y 11).

1. Definición de la Filosofía del Sistema de Fuego y Gas (SFG)

1.1. La primera actividad establecida en la norma es la Identificación de peligros y evaluación de riesgos; es decir, una vez que se ha identificado el peligro se debe realizar la evaluación de riesgos, esto con el objetivo de conocer si el sitio cuenta con medidas de control adecuadas para que los riesgos puedan considerarse tan bajos como sea razonablemente posible (ALARP), y una de esas medidas de control es el SFG. La norma asume que ya previamente se ha realizado una evaluación de riesgos y que, como resultado, para conseguir que los riesgos sean ALARP, se requiere de la instalación de un SFG.

1.2. La segunda actividad es la elaboración de la Filosofía de Fuego y Gas, la filosofía es un documento que trata sobre la estrategia del SFG y que debe definirse al inicio del proyecto. Para los propósitos de la norma, esta filosofía es particular para cada instalación y se complementa con la filosofía general (y genérica) de la corporación.

Para la elaboración de la filosofía, la norma recomienda incluir como mínimo los siguientes aspectos:

  • Las métricas que se utilizarán para evaluar el sistema (% de cobertura, tamaño de fuego o de nube de gas).
  • Criterio de protección predominante (proteger medio ambiente, personal, activos, continuidad del negocio).
  • Definir las zonas de mapeo (incluye la metodología para definirlas).
  • Reglas de clasificación (grading) de área (si aplica, esto define el desempeño basado en la categoría de riesgo).
  • Tecnología más apropiada según los peligros y el medio ambiente.
  • Puntos de ajuste (set points) y requisitos de votación para los detectores.

Al realizar el mapeo de fuego y gas, la norma recomienda considerar los aspectos prácticos de la ubicación de los detectores, es decir, tener en cuenta las opciones para el montaje de los detectores, previendo durante la etapa de diseño las facilidades para los futuros mantenimientos y pruebas. Recordemos que en un proyecto nuevo existe mucha flexibilidad para realizar la ubicación de los detectores lo cual permite optimizar el número de detectores, en cambio en instalaciones existentes o donde ya existe un SFG es más costoso realizar modificaciones para lograr un mapeo óptimo.

2. Ejecución del Proyecto del Sistema de Fuego y Gas

2.1. Tecnologías de Detección

La primera actividad de esta etapa es seleccionar la tecnología de detección adecuada al peligro que pudiera estar presente en el sitio, en la norma se hacen consideraciones particulares de las siguientes tecnologías:

Tecnologías de Detección de Fuego. Cuando se trabaja con detección óptica de fuego se maneja el concepto de cobertura de detección, que es una característica particular de cada modelo de detector. La información relativa a la cobertura de detección es proporcionada por el fabricante del detector, y depende de los siguientes factores:

  • Campo de visión (cono de visión)
  • Distancia de detección (depende del tipo de combustible)
  • Disminución de la sensibilidad hacia el borde del cono de visión

Para realizar la ubicación de un detector de fuego tipo óptico se requiere modelar su cobertura de detección, para lo cual es necesario conocer lo siguiente:

  • Marca y modelo del detector.
  • Sensibilidad del detector.
  • Tipo de Combustible.

La norma refiere brevemente a las siguientes tecnologías de detección de incendio:

  • Detección óptica de fuego: infrarrojo (IR simple y múltiple espectro), ultravioleta (UV y UV/IR) y detección visual/por imágenes.
  • Detección de calor: tapón fusible, cable lineal, sistemas neumáticos, tira bimetálica, sensor de calor IR y termistores.

La detección de humo está fuera del alcance de la norma.

Tecnologías de Detección de Gases inflamables. La norma hace mención de los detectores puntuales para gases inflamables del tipo catalítico (también conocidos como pellistores), tipo infrarrojos (IR) y de tipo conductividad térmica. El detector puntual detecta el gas en el punto donde está su elemento sensor. Existen también detectores del tipo línea de vista o camino abierto (open path) que pueden estar basados en tecnología IR o en tecnología láser, la principal diferencia entre ambos es que la tecnología láser es específica para cada gas, y en la tecnología IR que es más amplia ya que la mayoría de los gases absorben la radiación infrarroja.

  • Detectores puntuales: infrarrojo (IR), catalítico (pellistor) y conductividad térmica.
  • Línea de vista / camino abierto (open path): tipo infrarrojo y tipo laser

Tecnologías de Detección de Gases Tóxicos. Sin profundizar mucho en aspectos técnicos, la norma hace referencia de dos (02) métodos de detección de gases tóxicos: electroquímico y semiconductor.

Tecnología de Detección ultrasónica (acústica) para fugas de gases. Los detectores ultrasónicos para fugas de gases (UGLD por sus siglas en ingles), responden a las fugas de gases en equipos presurizados. El mapeo de dispositivos UGLD está fuera del alcance de la norma.

En la próxima entrega abordaremos los tópicos relacionados con el mapeo del SFG.

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
FS Expert Risknowlogy 5866
Functional Safety Expert TÜV SÜD TP18010990
ISA84/IEC 61511 Expert
FSEng TÜV Rheinland 575/07 | PHA Leader

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