ES2269432T3 - Sistemas de hipoxicos para suprimir incendios y composiciones respirables para apagar fuegos. - Google Patents

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Abstract

Composición hipóxica respirable prefabricada de prevención de incendios o supresión de incendios para proporcionar una atmósfera respirable de prevención de incendios o supresión de incendios en espacios cerrados, estando dicha composición lista para su uso para inyectarse en dichos espacios y que comprende una mezcla gaseosa que contiene oxígeno y nitrógeno, caracterizada porque dicha mezcla gaseosa contiene más del 12% y menos del 18% de oxígeno para uso permanente como una atmósfera de prevención de incendios; o dicha mezcla contiene más del 10% y menos del 16, 8% de oxígeno para uso episódico como un agente de supresión de incendios.

Description

Composiciones hipóxicas respirables prefabricadas, sistemas y método para prevenir y suprimir incendios en espacios cerrados.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a composiciones hipóxicas (con bajo contenido en oxígeno) respirables prefabricadas, sistemas y métodos para prevenir y suprimir incendios según los preámbulos de las reivindicaciones 1, 5, 8 y 18.
Descripción de la técnica anterior
Los sistemas de supresión de incendios actuales emplean o bien agua, agentes químicos, agentes gaseosos (tales como Halon 1301, dióxido de carbono y heptafluoropropano) o bien una combinación de los mismos. Prácticamente todos ellos destruyen la capa de ozono, son tóxicos y poco respetuosos con el medioambiente. Además, estos sistemas sólo pueden utilizarse tras la combustión. Incluso la reciente llegada del sistema de supresión Fire Master 200 (FM 200) (disponible por Kidde-Fenwal Inc. en los EE.UU.) todavía depende de productos químicos y sólo retrasa el avance del fuego durante algunos minutos. Una vez que se agota este gas retardante del fuego, le sigue un sistema aspersor que da como resultado la destrucción permanente del equipo electrónico y otros objetos de valor.
La exposición a FM 200 y otros agentes de supresión de incendios es menos preocupante que la exposición a los productos de su descomposición, que en su mayor parte son altamente tóxicos y potencialmente mortales. En consecuencia, no se dispone actualmente de ninguna composición de supresión/extinción de incendios que sea tanto segura como eficaz.
En cuanto a los incendios en trenes, barcos o aviones, la incapacidad para evacuar rápidamente los pasajeros crea una situación especialmente peligrosa. La mayoría de los pasajeros que fallecieron en el incendio del túnel del Mont Blanc en Francia se asfixiaron en pocos minutos. En este caso, el problema se agravó además por la presencia de pozos de ventilación. Diseñados originalmente para proporcionar aire respirable a la gente atrapada, estos pozos tuvieron la consecuencia indirecta de acelerar drásticamente la propagación del incendio. Especialmente devastador es el "efecto chimenea" que se produce en túneles en cuesta. Un ejemplo de esto fue el incendio que se desencadenó en el túnel de esquí de Kaprun en los Alpes austriacos.
Además, los pozos de ventilación (que están presentes en prácticamente todos los edificios de varias plantas e instalaciones industriales) aumentan significativamente el riesgo de inhalación tóxica. Este problema se agrava adicionalmente por la presencia frecuente de materiales combustibles que pueden acelerar drásticamente la propagación de un incendio.
Aunque la proliferación de sensores remotos ha conducido a avances significativos en la detección temprana de incendios, las mejoras en la prevención/supresión de incendios han sido graduales como mucho. Por ejemplo, el sistema de supresión más avanzado para combatir incendios en túneles lo ofrece Domenico Piatti (documento PCT IT 00/00125) en robogat@tin.it. Se basa en el rápido despliegue de un vehículo automatizado (ROBOGAT), el Robogat se desplaza hasta el sitio del incendio a través del túnel afectado. A su llegada, libera un suministro limitado de agua y espuma para iniciar la supresión del incendio. Si es necesario, el Robogat puede insertar una sonda en el suministro de agua interno del túnel para una supresión continuada del incendio. Este sistema está gravemente limitado por los siguientes motivos:
-
El tiempo que transcurre entre el brote del incendio y la llegada del Robogat es inaceptable.
-
Las altas temperaturas que son características en los incendios en túneles producirán la deformación y destrucción de las líneas de monorraíl, agua y telecomunicaciones.
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La resistencia al fuego de la construcción del Robogat es altamente sospechosa.
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El uso de agua y espuma en incendios en túneles a alta temperatura es eficaz sólo parcialmente y conducirá al desarrollo de vapores altamente tóxicos que aumentan la mortalidad de la gente atrapada.
Una de las principales deficiencias en la seguridad de los aviones de pasajeros modernos es que todavía sigue sin resolverse la falta de un equipo contra incendios y de prevención de incendios adecuado.
De hecho, no son las llamas asociadas con el incendio a bordo lo que produce la muerte de la mayor parte de la tripulación y los pasajeros del vuelo, sino más bien el humo saturado con toxinas tales como benceno, dióxido de azufre, formaldehído, cloruro de hidrógeno, amoniaco y cianuro de hidrógeno. Aunque estos y otros productos químicos son letales, la mayor parte de las víctimas fallecen debido al monóxido de carbono. Esta gas incoloro e inodoro producido en abundancia durante los incendios, especialmente en compartimentos cerrados con ventilación insuficiente, es extremadamente letal incuso en pequeñas concentraciones inferiores al uno por ciento.
Los productos de combustión tóxicos liberados en un compartimento cerrado tal como la cabina de un avión sin medios de escape fácilmente disponibles son la principal preocupación en la industria del transporte aéreo. Esta preocupación es de particular importancia para los aviones de pasajeros, debido a la capacidad de los aviones constantemente creciente y el número creciente de pasajeros que pueden exponerse.
La proliferación de productos químicos tóxicos en los materiales avanzados modernos da como resultado un diseño de cabina compuesto completamente por plásticos, tejidos, cableados y revestimientos que pueden ser extremadamente peligrosos cuando se calientan de manera suficiente para producir gases. La supervivencia en un entorno tóxico como éste se limita a unos cuantos minutos. Los análisis estadísticos de las últimas décadas muestra que aproximadamente el 70 - 80 por ciento de las víctimas mortales en incendios resultan de la inhalación de humo tóxico.
Un avión de pasajeros moderno está completamente saturado de equipo eléctrico y electrónico, interconectado por miles de hilos y cables. Las emergencias de diversos orígenes pueden conducir a cortocircuitos eléctricos con la inflamación consiguiente de los materiales del recubrimiento aislante y otros materiales inflamables circundantes. Esto va seguido por una producción masiva de aerosoles tóxicos, que representan el principal peligro, según la experiencia sobre víctimas mortales humanas en incendios.
Aunque los sistemas de supervivencia más importantes para un avión, tales como turbinas de gas y tanques de combustible, están equipados suficientemente con sistemas contra incendios automáticos, la cabina de pasajeros y la cabina de mando carecen de manera crítica de medios de prevención de incendios. El uso de sustancias de extinción de incendios habituales, como Halon 2000 o similares, no puede resolver el problema, debido a la alta toxicidad de los productos de su pirólisis. La patente de los Estados Unidos número 4.726.426 (Miller) enseña métodos de extinción de incendios en una cabina de un avión tales como usar conductos de ventilación desde el sistema de extinción de incendios de la carga, lo que expondría a los pasajeros a combinaciones potencialmente mortales de humo, productos de supresión de incendios y productos altamente tóxicos de su pirólisis.
En el caso de un incendio a bordo, los pilotos deben cumplimentar una lista de comprobación de emergencia con el fin de localizar el origen del incendio. Una lista de comprobación de emergencia es demasiado larga para permitir que la tripulación controle el incendio en el aire. Para la tripulación del avión Swissair 111 que se estrelló cerca de Nova Scotia en 1998, causando la muerte de 299 personas, transcurrieron 20 minutos desde el primer informe de humo hasta el accidente aéreo, mientras que la lista de comprobación habitual requiere 30 minutos para cumplimentarse.
Se supone que las máscaras de oxígeno salvarían a los pasajeros y a la tripulación del vuelo de las inhalaciones tóxicas. En realidad, se instruye a los pilotos de las líneas aéreas para que no liberen las máscaras cuando el riesgo de un incendio alimentado por oxígeno pudiese agravar la situación. Además, estas máscaras son prácticamente inútiles frente a los gases venenosos de la combustión. Las máscaras de oxígeno habituales para las tripulaciones y los pasajeros de los vuelos tienen orificios en ellas para mezclar el aire de la cabina con el suministro de oxígeno, permitiendo así una ruta directa para que los gases letales lleguen hasta los pulmones. Además, el suministro de oxígeno en un avión de pasajeros proporciona menos del 20% del flujo de oxígeno requerido para la respiración y dura sólo unos cuantos minutos.
Alternativamente, el aumento del suministro de aire fresco, tal como ofrece el sistema ECHO Air de Indoor Air Technologies Inc. en Canadá, sólo propagará un incendio y acelerará su mortalidad. Su solicitud de patente proporcionada en www.indoorair.ca enseña que un sistema de ventilación de aire mejorado permitirá la eliminación de aire contaminado y suministrará aire fresco a la cabina del avión de manera más eficaz. Reivindicando una mejora en la seguridad contra incendios, este método mejora en la práctica la oxigenación de la fuente del incendio.
Un reciente estudio de la Asociación de Pilotos de Líneas Aéreas de los EE.UU. (ALPA) sugiere que en el año 1999, en promedio, un avión de pasajeros de los EE.UU. al día realizó un aterrizaje de emergencia debido a un cortocircuito, lo que condujo a la formación de chispas, con humo y fuego resultantes en la cabina presurizada. El cableado defectuoso es el principal culpable.
Algunas organizaciones han tomado acciones drásticas para tratar el problema. En 1987, la Marina de los EE.UU. ordenó la retirada del cableado más vulnerable de sus aviones, y el 1999 la NASA retiró del servicio su flota completa de transbordadores espaciales cuando un fallo de un cableado condujo a que se abortara un lanzamiento. Aún así cada día, millones de pasajeros son transportados todavía por aviones comerciales que están equipados con cableado antiguo que no puede probarse apropiadamente para detectar fallos. En los EE.UU., la Administración Federal de Aviación (FAA) ha estado organizando una investigación sobre los problemas que pueden afectar a un avión que ha estado volando durante más de 20 años. El programa "Aging Aircraft" (envejecimiento de aviones) se ha estado llevando a cabo desde 1988, provocado por un accidente en el que un Boeing 737 perdió parte del techo en el cielo sobre Hawaii. En 1996, el vuelo 800 de la TWA cayó frente a la costa de Long Island, falleciendo las 230 personas a bordo. Se culpó a la existencia de cables defectuosos dentro de un tanque de combustible como la causa más probable de la explosión. Tras ese accidente aéreo, las comprobaciones en otras líneas aéreas en todo el mundo condujeron al descubrimiento de varios otros aviones en los que el aislamiento en cableados envejecidos que conducían a los sensores en los tanques de combustible se había desgastado debido a las vibraciones o se había dañado durante el mantenimiento
rutinario.
\newpage
Sólo hay 4 métodos actuales de supresión de incendios en instalaciones ocupadas por seres humanos:
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El uso de agua
-
El uso de espuma
-
El uso de inhibidores químicos de la llama
-
El uso de inhibidores gaseosos de la llama
El documento EP 0 301 464 describe una composición, sistema y método según los preámbulos de las reivindicaciones 1, 5, 8 y 18. Este documento describe una atmósfera respirable de extinción de incendios que tiene una concentración de oxígeno en el intervalo del 8 - 15% que comprende dióxido de carbono y otro gas inerte (por ejemplo, nitrógeno o helio). Esa atmósfera se consigue introduciendo en el espacio limitado una cantidad eficaz de gas de extinción que comprende dióxido de carbono y otro gas inerte, por ejemplo nitrógeno o helio. El documento WO 99/47210 A enseña un método de reducción del contenido en oxígeno en espacios limitados a través de la introducción de mezcla de gas inerte o nitrógeno puro o la extracción de oxígeno de tal espacio. El documento FR 2748396 describe una mezcla de gas de extinción de incendios que comprende, por ejemplo, un 52% de N_{2}, un 40% de Ar y un 8% de CO_{2}. Eso significa que todos estos documentos enseñan cómo inyectar un gas inerte o una mezcla gaseosa de gases inertes en espacios limitados para diluir el contenido en oxígeno en el espacio limitado hasta un cierto punto, pero no una composición hipóxica que comprende oxígeno.
El documento US 5.887.439 sólo proporciona una vaga insinuación sobre la naturaleza preventiva de incendios de entornos libres de oxígeno o casi libres de oxígeno y no describe una enseñanza técnica concreta de cómo usar una composición respirable que contiene oxígeno para prevenir o suprimir un incendio.
El problema técnico subyacente a la presente invención es proporcionar una composición, sistema y método seguros para prevenir y suprimir, respectivamente, un incendio en espacios cerrados eliminando la necesidad del costoso equipo de retroalimentación electrónico.
Sumario de la invención
El problema subyacente se supera mediante una composición, sistema y método según las características de las reivindicaciones 1, 5, 8 y 18. Pueden observarse realizaciones ventajosas a partir de las reivindicaciones dependientes.
La presente invención emplea un enfoque radicalmente diferente: el uso de aire respirable hipóxico para la prevención y supresión de incendios. Este entorno hipóxico elimina completamente la ignición y combustión de todos los materiales inflamables. Además, es completamente seguro para la respiración humana (estudios clínicos han demostrado que la exposición a largo plazo a un entorno hipóxico tiene beneficios significativos para la salud). El aire respirable hipóxico puede producirse de manera económica en la cantidad necesaria a través de la extracción de oxígeno del aire ambiental.
En cuanto a la prevención de incendios, un entorno hipóxico mantenido constantemente puede eliminar por completo la posibilidad de incendios mientras que proporciona simultáneamente un entorno extremadamente saludable. En cuanto a la supresión, esta invención puede convertir instantáneamente un entorno normóxico en un entorno hipóxico absolutamente sin efectos adversos para la vida humana. Esto es extremadamente útil en el caso de llamaradas o explosiones.
Basado en el aprovechamiento de las diferencias fundamentales entre la fisiología humana y las propiedades quimicofísicas de la combustión, este enfoque completamente nuevo resuelve la contradicción intrínseca entre la prevención de incendios y la provisión de un entorno respirable seguro para los seres humanos. En consecuencia, esta invención es un avance radical en la gestión de incendios y dejará obsoletos todos los sistemas químicos actuales.
Los sistemas de prevención y supresión de incendios hipóxicos evitarán completamente las pérdidas socioeconómicas masivas que resultan del brote de un incendio.
El sistema de la invención es completamente no tóxico, totalmente automatizado y enteramente autosustentable. En consecuencia, es adecuado de manera ideal para proporcionar una completa protección contra incendios a casas, complejos industriales, túneles de transporte, vehículos, archivos, salas informáticas y otros entornos cerrados.
Con la mayoría de los incendios (tanto industriales como no industriales) que se producen en ubicaciones con una cantidad sustancial de equipo electrónico, este sistema de prevención y supresión de incendios (FirePASS^{TM}) tiene el beneficio añadido de no requerir en absoluto ni agua, ni espuma ni otro agente perjudicial. Por tanto, puede desplegarse completamente sin causar daño al equipo eléctrico complejo (y sus datos almacenados) que se destruye por sistemas de supresión de incendios tradicionales.
Aunque esto es extremadamente importante para negocios que requieren mucha tecnología tales como bancos, compañías de seguros, compañías de comunicaciones, fabricantes, proveedores médicos e instalaciones militares; adquiere incuso mayor significación cuando se considera la relación directa entre la presencia de equipo electrónico y el aumento del riesgo de incendio.
Los principales objetos de esta invención son los siguientes:
\bullet
La provisión de una composición respirable de extinción de incendios.
\bullet
Un método para producir una atmósfera hipóxica de prevención de incendios dentro de entornos ocupados por seres humanos.
\bullet
La provisión de un equipo de reducción de oxígeno que produce un aire hipóxico, respirable con propiedades de extinción de incendios. Tal equipo emplea los procesos de adsorción de tamiz molecular, separación por membrana y otras tecnologías de extracción de oxígeno.
\bullet
La provisión de composiciones respirables de extinción de incendios para el uso continuo o episódico en entornos ocupados por seres humanos.
\bullet
La provisión del equipo y el método para producir instantáneamente una atmósfera con reducción de oxígeno, de supresión de incendios, que las personas pueden respirar de manera segura (sin medios de soporte ventilatorio).
\bullet
La provisión de un método para producir una atmósfera de prevención de incendios en objetos sellados herméticamente con niveles controlados de temperatura y humedad. Esto puede lograrse introduciendo lastre inerte en una atmósfera artificial y cambiando los ajustes iniciales de los sistemas de soporte vital actuales y reprogramándolos.
\bullet
La provisión de entornos hipóxicos de prevención/supresión de incendios dentro de túneles, vehículos, casas particulares (habitaciones separadas o estructuras completas), instalaciones públicas/industriales y todas las demás aplicaciones para entornos ocupados por seres humanos no herméticos.
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La provisión de un sistema de supresión de incendios que libera instantáneamente una mezcla gaseosa con reducción de oxígeno almacenada desde un sistema neumático a alta presión o un recipiente autónomo.
\bullet
La provisión de un método y la capacidad para localizar un sitio de incendio a través del uso de cortinas descendentes, puertas u otros medios de separación física; con la liberación subsiguiente de mezclas gaseosas respirables, de supresión de incendios.
\bullet
La provisión de un sistema de supresión de incendios en aviones que utiliza un agente hipóxico de supresión de incendios para producir una atmósfera respirable a bordo que tiene propiedades de extinción de incendios.
\bullet
La provisión de un sistema de supresión de incendios en aviones que tiene un recipiente inflable flexible para el almacenamiento del agente hipóxico de supresión de incendios.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 presenta una vista esquemática de la densidad de moléculas de oxígeno y nitrógeno en un entorno hipobárico o de altitud natural.
La figura 2 presenta una vista esquemática de la densidad de moléculas de oxígeno y nitrógeno en un entorno hipóxico normobárico con la misma presión parcial de oxígeno.
La figura 3 presenta una vista esquemática de la densidad de moléculas de oxígeno y nitrógeno en un entorno normóxico normobárico; o en aire ambiental al nivel del mar.
La figura 4 ilustra esquemáticamente un principio de funcionamiento del sistema hipóxico normobárico de prevención y supresión de incendios.
La figura 5 presenta una vista esquemática del principio de funcionamiento del generador hipóxico HYP-100/F.
La figura 6 proporciona una modificación futura del mismo generador mostrado en la figura 5.
La figura 7 ilustra un principio de funcionamiento de un módulo de separación por membrana.
La figura 8 ilustra la comparación de una curva de extinción de la llama y una curva de saturación de hemoglobina/
oxígeno con la introducción de aire con oxígeno reducido en un entorno controlado.
La figura 9 muestra una vista esquemática del sistema de la invención para viviendas.
La figura 10 presenta una vista esquemática del sistema de la invención para edificios de varias plantas.
La figura 11 muestra una vista esquemática del sistema de la invención para edificios industriales.
La figura 12 presenta una vista esquemática de un sistema de supresión de incendios portátil para habitaciones seleccionadas en cualquier tipo de edificio.
La figura 13 ilustra las propiedades únicas del sistema de la invención en una modificación móvil.
La figura 14 presenta una vista esquemática del sistema de la invención cuando se pone en práctica en el sistema de ventilación de una instalación militar subterránea.
La figura 15 presenta una vista esquemática del principio de funcionamiento del sistema en un túnel para automóviles.
La figura 16 presenta una vista esquemática en corte transversal de un túnel con un sistema de despliegue de cortinas de localización.
La figura 17 muestra una vista esquemática del sistema de la invención para túneles de metro o ferrocarril eléctrico.
La figura 18 muestra una vista frontal de la entrada del túnel, con puerta de separación.
La figura 19 presenta una vista esquemática del sistema de la invención para túneles de funiculares o trenes de esquí de montaña.
La figura 20 muestra una vista esquemática del On-Board FirePASS que puede usarse en trenes, autobuses, vagones de metro u otros vehículos de pasajeros.
La figura 21 ilustra la puesta en práctica de la tecnología FirePASS en el sistema de ventilación de un avión de pasajeros actual.
La figura 22 presenta la puesta en práctica de FirePASS en la siguiente generación de aviones de pasajeros que pueden volar sobre la atmósfera de la Tierra (o para vehículos espaciales).
La figura 23 ilustra el principio de funcionamiento general del sistema autónomo de regeneración de aire para espacios herméticos ocupados por seres humanos.
La figura 24 presenta la puesta en práctica de la tecnología FirePASS hipóxica en un sistema autónomo de regeneración de aire de un vehículo militar.
La figura 25 presenta una vista esquemática de una composición respirable hipóxica de extinción de incendios como parte de la atmósfera interna de una estación espacial.
La figura 26 presenta una vista esquemática del sistema Marine FirePASS para su uso en buques, por ejemplo buques cisterna, de carga, trasatlánticos o buques militares.
La figura 27 ilustra el principio de funcionamiento del Marine FirePASS.
La figura 28 muestra la puesta en práctica del sistema de supresión de incendios en aviones en un diseño de cabina de avión.
Las figuras 29, 30, 31 y 32 ilustran esquemáticamente el principio de funcionamiento del AFSS ("Aircraft Fire Suppression System", sistema de supresión de incendios en aviones).
La figura 33 ilustra la varianza en la saturación de la oxihemoglobina con un 10% de O_{2} en el aire inspirado que contiene una concentración de CO_{2} atmosférico ambiental en un caso y aumentada hasta un 4% de CO_{2} en otro caso.
La figura 34 ilustra un diagrama que representa una respuesta fisiológica media a la exposición a la composición hipóxica respirable de supresión de incendios de la invención a una altitud de 2,5 km o a bordo de un avión de pasajeros moderno.
Descripción de la invención
Esta invención se basa en un descubrimiento hecho durante la investigación llevada a cabo en un sistema de sala hipóxica fabricado por Hypoxico Inc. El inventor descubrió que los procesos de ignición y combustión en un entorno hipóxico normobárico son bastante diferentes de los procesos de ignición y combustión que se producen en un entorno hipobárico o de altitud natural con la misma presión parcial de oxígeno.
Por ejemplo, el aire con una presión parcial de oxígeno de 4,51'' (114,5 mm de mercurio) a una altitud de 9.000’ (2700 m) puede soportar fácilmente que arda una vela o la ignición del papel.
Sin embargo, si se crea un entorno normobárico correspondiente con la misma presión parcial de oxígeno (4,51'' o 114,5 mm de mercurio) no arderá una vela y ni se prenderá el papel. Incluso una cerilla se apagará instantáneamente tras el agotamiento de los productos químicos que llevan oxígeno que se encuentran en su punta. En realidad, cualquier fuego que se introduzca en este entorno hipóxico, normobárico se apagará instantáneamente. Incluso un encendedor de gas propano o un soplete de gas no se prenderán en este entorno.
Esta sorprendente observación conduce a una pregunta obvia: "¿Por qué dos entornos que contienen presiones parciales de oxígeno idénticas (idéntico número de moléculas de oxígeno por volumen específico) realizan los procesos de ignición y combustión de manera tan diferente?".
La respuesta es sencilla: "La diferencia en la concentración de oxígeno en estos dos entornos disminuye la disponibilidad de oxígeno para mantener la combustión. Esto se debe a las moléculas de nitrógeno que interfieren en las propiedades cinéticas de las moléculas de oxígeno". En otras palabras, el aumento de la densidad de moléculas de nitrógeno proporciona una "zona de amortiguamiento" que obstruye la disponibilidad de oxígeno.
La figura 1 presenta una vista esquemática de la densidad de moléculas de oxígeno y nitrógeno en un entorno hipobárico o natural a una altitud de 9.000’/2,7 km. (No se tienen en cuenta todos los demás gases atmosféricos con el fin de simplificar las siguientes explicaciones).
Los círculos oscuros representan moléculas de oxígeno y los círculos en blanco representan moléculas de nitrógeno.
La figura 2 muestra la densidad de moléculas en un entorno hipóxico con la misma presión parcial de oxígeno (4,51'' o 114,5 mm de mercurio), pero a una presión atmosférica habitual de 760 mm de mercurio.
Tal como puede observarse, ambos entornos contienen cantidades idénticas de moléculas de oxígeno por volumen específico. Sin embargo, en el segundo caso (mostrado en la figura 2) la cantidad relativa de moléculas de nitrógeno frente a moléculas de oxígeno es de aproximadamente 6:1 a 4:1, respectivamente.
Cuando se comparan las propiedades cinéticas de ambos gases, se descubre que las moléculas de nitrógeno son más lentas y menos permeables (en un factor de 2,5) que las moléculas de oxígeno. Este aumento relativo en el número de moléculas de nitrógeno inertes obstruye el comportamiento cinético de las moléculas de oxígeno. Esto reduce su capacidad para mantener la ignición y la combustión.
La figura 3 muestra que al nivel del mar, la composición de nitrógeno/oxígeno en el aire ambiental tiene una presión parcial superior (159,16 mm de mercurio) de oxígeno que el aire que se encuentra a 9.000’ (114,5 mm). Debe observarse que el aire ambiental en cualquier parte de la atmósfera de la Tierra (desde el nivel del mar hasta el monte Everest) tiene una concentración de oxígeno del 20,94%. Sin embargo, el aire que se encuentra al nivel del mar está bajo sustancialmente más presión: por tanto, el número de moléculas de gas por volumen específico aumenta a medida que se reduce la distancia entre las moléculas de gas.
"Umbral hipóxico" y sus antecedentes fisiológicos
Durante la última década, se ha acumulado una cantidad sustancial de datos sobre los efectos fisiológicos de los entornos hipóxicos. Una extensa experimentación de laboratorio junto con una investigación clínica en profundidad ha establecido claros beneficios del aire hipóxico, normobárico en el entrenamiento físico y en la prevención de enfermedades. Las concentraciones de oxígeno en el aire respirable normobárico (a altitudes de hasta 2600 m) con la correspondiente presión parcial de oxígeno no tienen en absoluto efectos secundarios perjudiciales en el cuerpo humano. (Peacock 1998).
A esta altitud habitan millones de personas en todo el mundo sin efectos perjudiciales para la salud (Hockachka 1998).
El análisis de los datos derivados de numerosos experimentos realizados por el inventor ha conducido a la conclusión de que en condiciones normobáricas es posible crear un entorno artificial con aire hipóxico respirable que puede suprimir simultáneamente la ignición y la combustión.
Se llevaron a cabo múltiples experimentos centrados en la supresión de la ignición y la extinción de la llama en un entorno normobárico de aire respirable, hipóxico. Se encontró que la ignición de materiales combustibles comunes era imposible una vez que el contenido en oxígeno disminuía por debajo del 16,8%. Durante las pruebas de combustión, se extinguieron completamente llamas difusas de diversos materiales sometidos a prueba cuando el contenido en oxígeno disminuyó por debajo del 16,2%.
Este descubrimiento justifica la creación de un nuevo término científico: "umbral hipóxico" que representa los límites de inflamabilidad absolutos de cualquier combustible en una atmósfera artificial con un contenido en oxígeno del 16,2%. La extinción de la llama en el umbral hipóxico da como resultado la eliminación inmediata de la combustión; incluyendo una supresión acelerada de la incandescencia. Esto da como resultado la supresión continuada de humos y aerosoles tóxicos.
Estos experimentos demostraron inequívocamente que un entorno respirable, adecuado para el ser humano, con un contenido en oxígeno inferior al 16,2%, suprimirá completamente la ignición y la combustión.
En cuanto a la presión parcial de oxígeno, el umbral hipóxico (16,2% de O_{2}) corresponde a una altitud de 2200 metros. Esto es idéntico a la altitud que se usa para presurizar un avión de pasajeros durante los vuelos rutinarios. Se ha demostrado que es completamente seguro, incluso para personas con enfermedades crónicas tales como insuficiencia cardiopulmonar (Peacock 1998).
Un entorno normobárico en el umbral hipóxico proporciona una atmósfera de prevención de incendios que es completamente segura para viviendas particulares, o para el lugar de trabajo. Se ha demostrado científicamente que los efectos fisiológicos de la hipoxia normobárica suave son idénticos a los efectos mostrados a la altitud natural correspondiente. Millones de personas pasan sus vacaciones a estas altitudes (de 2 a 3 km) sin efectos secundarios perjudiciales.
El diagrama esquemático proporcionado en la figura 8 contrasta las diferentes reacciones de dos sistemas dependientes de oxígeno (una llama y un cuerpo humano) cuando se exponen a un entorno hipóxico.
La curva Y representa la disminución en la intensidad de combustión (correspondiente a la altura de una llama de difusión estable) en relación con el contenido de oxígeno en disminución en un entorno controlado. El 100% corresponde a la altura máxima de una llama con un contenido en oxígeno atmosférico ambiental del 20,94%. Cuando el contenido en oxígeno en la atmósfera controlada disminuye por debajo del 18%, puede observarse una fuerte disminución en la altura de la llama. En un umbral hipóxico X (16,2% de O_{2}), la llama y su incandescencia asociada se extinguen completamente.
En cuanto a la prevención, el umbral hipóxico puede fijarse en el 16,8%. Esto se debe al hecho de que una llama difusa recibe oxígeno complementario a través de una combinación de convección y producción de radicales libres a partir de la descomposición de combustible, los factores que no están presentes hasta después de la ignición. Sin embargo, con el fin de garantizar una protección máxima, cada futura realización requerirá un entorno con un contenido en oxígeno en o inferior al "umbral hipóxico" (16,2%).
La curva Z ilustra la varianza de la saturación de oxígeno de la hemoglobina según se relaciona con la presión parcial de oxígeno inspirado. En el aire ambiental (al nivel del mar), la saturación media de la hemoglobina in vivo es del 98%. En equilibrio dinámico, las moléculas de oxígeno se unen al grupo hemo (la parte activa, que transporta el oxígeno de la molécula de hemoglobina) a la misma tasa a la que se están liberando las moléculas de oxígeno. Cuando aumenta la PO_{2} (presión parcial de oxígeno), la tasa a la que las moléculas de oxígeno se unen a la hemoglobina supera la tasa a la que se liberan. Cuando disminuye la PO_{2}, las moléculas de oxígeno se liberan de la hemoglobina a una tasa que supera la tasa a la que se unen.
En condiciones térmicas normales, la saturación de la hemoglobina sigue siendo superior al 90%, incluso si se expone a una PO_{2} alveolar de 60 mm Hg (que corresponde a una altitud de 3300 metros o a un 14% de O_{2} en aire hipóxico normobárico). Esto significa que el transporte de oxígeno continuará a una tasa aceptable a pesar de la disminución significativa en el contenido en oxígeno del aire alveolar.
Es importante observar que una presión parcial del oxígeno inspirado sólo puede determinar la saturación de la hemoglobina en los alveolos. Todo el transporte y el metabolismo siguientes del oxígeno dependen sólo del equilibrio entre la demanda celular del organismo y la capacidad de suministro vascular del organismo. En condiciones atmosféricas habituales, la presión parcial de gases de dilución neutros no tiene influencia en el metabolismo y transporte de oxígeno.
Por el contrario, la capacidad de las moléculas de oxígeno para mantener la combustión se ve afectada sustancialmente a medida que aumenta la concentración relativa de gases neutros o inertes (en este caso, nitrógeno).
Las propiedades radicalmente diferentes de estos sistemas dependientes de oxígeno es el factor crucial que permite que un entorno hipóxico en el umbral hipóxico sea completamente seguro para la vida humana, pero no mantenga la combustión.
El diagrama presentado en la figura 8 ilustra claramente que el umbral hipóxico no altera significativamente la saturación de la hemoglobina in vivo. Por el contrario, el umbral hipóxico extingue instantáneamente cualquier llama. Debe observarse que la curva Z representa la curva de saturación de la hemoglobina de un individuo que se expone a hipoxia sin adaptación previa. En los casos en los que se usa un entorno hipóxico de manera proactiva (para la prevención de incendios), los individuos se adaptan rápidamente al nivel de oxígeno reducido y tendrán niveles de saturación de la hemoglobina normales.
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En consecuencia, no existe ningún riesgo en absoluto para las personas que pasan un periodo prolongado de tiempo en un entorno hipóxico. De hecho, numerosas publicaciones médicas describen los beneficios significativos para la salud asociados con la exposición a largo plazo a hipoxia normobárica. Puede encontrarse más información sobre estos estudios en el sitio web de Hypoxico Inc. (www.hypoxico.com).
Además, estudios adicionales indican que los altos niveles de humedad aumentan la capacidad de un entorno hipóxico para suprimir la combustión. Esto se debe al hecho de que las moléculas de agua, que se mueven rápidamente, crean una segunda zona de amortiguamiento que hace que las moléculas de oxígeno estén menos disponibles para mantener la ignición o la combustión.
La figura 4 muestra una vista esquemática de un concepto básico de un espacio 11 ocupado por seres humanos, normobárico (o ligeramente hiperbárico) protegido frente a los incendios para vivir o trabajar.
La figura 4 ilustra un caso particular de una sala 11 que tiene estantes de equipo 13 electrónico (o materiales inflamables almacenados) situados en un entorno normobárico con una concentración de oxígeno en o inferior al umbral hipóxico. Este entorno proporciona una seguridad frente a incendios absoluta mediante:
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La prevención de la ignición de materiales combustibles.
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La supresión instantánea de incendios eléctricos o químicos.
Los entornos hipóxicos con un contenido en oxígeno del 17% al 18% también pueden proporcionar una protección limitada frente a la ignición y la combustión. Sin embargo, es aconsejable para zonas públicas (por ejemplo, museos, archivos, etc.) mantener una concentración de oxígeno a un nivel de desde el 15% hasta el 16,8%. Para instalaciones públicas ocupadas por seres humanos que requieren una protección frente a incendios superior, se recomienda un contenido en oxígeno del 14% al 15%. Las instalaciones que sólo requieren cortas visitas periódicas de seres humanos pueden emplear entornos con un contenido en oxígeno que oscila entre desde el 12% y el 14%. Esto corresponde a una altitud de 3 km a 4,5 km (10.000’ a 14.500’).
El aire hipóxico dentro de la sala 11 informática se mantiene a aproximadamente 67ºF (18ºC) mediante una unidad (14) de acondicionamiento de aire en dos bloques y está conectada a un intercambiador (15) de calor externo mediante un tubo 16 flexible. Entra aire caliente en la unidad 14 a través de una entrada 17, se enfría y luego sale de la unidad 14 a través de una salida 18. El refrigerante caliente y la condensación de agua (procedente del aire) se transmiten a través de un tubo 16 flexible de conector en una unidad 15 externa. En este punto, el refrigerante se enfría y la condensación se evapora o elimina. El principio de funcionamiento de una unidad de a/a de dos bloques se conoce bien y no se describirá en esta patente. La compañía italiana DeLonghi fabrica un dispositivo adecuado (PAC/GSR). También están disponibles fácilmente sistemas de a/a en dos bloques más grandes. Para instalaciones que no contienen equipo informático, no se requiere acondicionamiento de aire.
Se instala un generador 20 hipóxico en el exterior de una sala 11. El generador 20 capta aire ambiental a través de una entrada 21 y extrae oxígeno. El aire enriquecido en oxígeno se desecha entonces a través de la salida 22. La mezcla gaseosa hipóxica que queda se transmite al interior de la sala 11 a través de la salida 23 de suministro. El aire hipóxico en exceso abandona la sala 11 a través de una puerta 12 con el fin de igualar la presión atmosférica dentro de la sala 11 con la del entorno exterior.
La puerta 12 para la entrada de personal no es estanca al aire, permitiendo que salga el aire en exceso de la sala 11. Para una sala de 20 metros cúbicos, un hueco de aproximadamente 5 mm es suficiente para la igualación inmediata de la presión. Para algunas aplicaciones, es beneficioso crear un entorno ligeramente hiperbárico. Esto puede lograrse fácilmente haciendo la sala 11 estanca al aire y eliminando los huecos alrededor de la puerta 12. Se describen otras posibilidades en las patentes de los EE.UU. números 5.799.652 y 5.887.439.
El número de generadores hipóxicos necesarios para una sala 11 depende de una combinación de su tamaño y del número de personas que la ocupan. El generador mejor adaptado para una sala de 20 m^{3} sería el HYP-100/F. Está disponible actualmente por Hypoxico Inc. de Nueva York. El HYP-100/F emplea una tecnología PSA ("pressure-swing adsorption", adsorción por cambio de presión) que extrae oxígeno del aire ambiental. Esta unidad que no requiere mantenimiento sólo pesa 55 lb (25 kg) y sólo requiere 450 W. Un generador de nitrógeno con la misma capacidad sería 3 veces más pesado y consumiría 2 - 3 veces más energía. Una ventaja adicional del generador hipóxico es su capacidad para aumentar la humedad del aire hipóxico. Para evitar accidentes, el ajuste de concentración de oxígeno no puede cambiarse por el usuario.
La figura 5 ilustra el principio de funcionamiento de un generador 20 hipóxico. El compresor 24 capta aire ambiental a través de un filtro 21 de entrada y lo presuriza hasta 18 psi. El aire comprimido se enfría entonces en un enfriador 25 y se transmite a través de un conducto 26 hacia una válvula 27 de distribución. Ésta está conectada a múltiples recipientes de separación o lechos 29 de tamiz molecular por medio de un distribuidor 28. Dependiendo de las necesidades de diseño, estos pueden instalarse de forma lineal o circular. El número de lechos de tamiz molecular puede variar desde uno hasta 12. HYP-100/F está diseñado con 12 lechos de tamiz molecular en una formación circular, presurizada en 3 ciclos, cuatro lechos cada vez. Esto se logra mediante una válvula 27 de distribución giratoria. En este caso particular, un pequeño motor 30 de accionador eléctrico impulsa una válvula 27 giratoria. Tanto el diseño como el principio de funcionamiento de las válvulas de distribución giratorias, motores y accionadores se conocen bien y no se describirán adicionalmente. Todas estas piezas están ampliamente disponibles por distribuidores de válvulas.
Cada lecho 29 de tamiz molecular (o grupo de lechos en el caso de HYP-100/F) se presuriza en ciclos por medio de una válvula 27 que redirige selectivamente aire comprimido hacia cada lecho. Estos lechos 29 están llenos de material de tamiz molecular (preferiblemente, zeolitas) que permiten que el oxígeno los atraviese mientras adsorben la mayor parte de otros gases; incluyendo vapores de agua (esto es importante para el producto final). El oxígeno (o la fracción enriquecida en oxígeno) que pasa a través de las zeolitas se recoge en el colector 31 y se libera a través de una válvula 32 de descarga. Luego se desecha a la atmósfera a través de una salida 22.
Cuando las zeolitas en uno de los lechos 29 se saturan con el aire con reducción de oxígeno, se bloquea el suministro de aire comprimido mediante una válvula 27. Entonces, se despresuriza este lecho permitiendo que se escape el aire con reducción de oxígeno de las zeolitas en el lecho 29. Luego se transmite a través de un distribuidor 28 hacia un conducto 23 de suministro de aire hipóxico. Esta válvula 32 de descarga de una vía mantiene la fracción enriquecida en oxígeno en el colector 31 bajo una presión mínima (aproximadamente 5 psi). Esto garantiza que durante la despresurización del lecho 29 puede volver a entrar suficiente oxígeno. Esto purga las zeolitas que están contaminadas con nitrógeno y agua, aumentando así su capacidad de absorción.
Puede sustituirse un accionador 30 giratorio motorizado por un accionador lineal con una válvula 27 de distribución de aire mecánica. El accionador 30 motorizado también puede sustituirse por un conjunto de válvulas 27 de aire accionadas eléctricamente o de solenoide. Sin embargo, esto requerirá la adición de una placa de circuito, lo que hace el generador 20 más costoso y menos fiable. Las válvulas de solenoide, válvulas mecánicas, válvulas eléctricas y accionadores lineales están ampliamente disponibles y no se describirán adicionalmente.
La figura 6 muestra un generador 40 hipóxico que está disponible por Hypoxico Inc. Este modelo funciona con aire comprimido proporcionado por un compresor 24 y no requiere motores eléctricos, interruptores ni placas de circuito adicionales. En este caso, la válvula 47 de distribución está compuesta por una o más válvulas accionadas por aire montadas sobre un distribuidor 48. Las válvulas accionadas por aire se impulsan mediante aire comprimido y no requieren soporte adicional. El aire comprimido se depura mediante un filtro 49 HEPA de larga duración disponible por Hypoxico Inc. Las válvulas accionadas por aire adecuadas están disponibles por Humphrey Products en Kalamazoo, MI, EE.UU. Pueden emplearse numerosas combinaciones en la válvula 47 de distribución con el fin de distribuir el aire comprimido de manera cíclica. Puede seleccionarse una válvula adecuada de este grupo que incluye válvulas eléctricas, mecánicas, accionadas por aire o de solenoide. Están disponibles tanto configuraciones lineales como giratorias con accionadores controlados por presión, resortes mecánicos, motores o temporizadores. No es posible cubrir todas las posibles soluciones de distribución de aire en esta patente. El número de lechos de tamiz molecular en este modelo puede variar desde 1 hasta 12 (o más).
HYP-100/F proporciona aire hipóxico con un 15% de oxígeno a una velocidad de 100 litros por minuto (están disponibles diferentes ajustes desde el 10% hasta el 18% y deben prefijarse en la fábrica). El HYP-100/F está protegido contra la manipulación, ya que un individuo no autorizado no puede cambiar el ajuste de oxígeno. También están disponibles generadores de mayor tamaño de hasta 1200 L/min de Hypoxico Inc.
El generador 20 hipóxico suministra aire hipóxico con una humedad aproximadamente un 15% superior a la del aire ambiental circundante. En climas suaves, este aumento del nivel de humedad junto con la temperatura apropiada proporciona un entorno perfecto para los ordenadores. En climas más secos, o cuando se usa un generador de nitrógeno en lugar de un generador 20 hipóxico, es aconsejable instalar un humidificador 19 (opcional en otros casos) para mantener la sala a una humedad relativa de aproximadamente el 40%. Es aceptable cualquier humidificador que esté certificado para su uso público.
Pueden situarse múltiples generadores 20 en una sala de generador especial con su propio sistema de a/a y un suministro de aire fresco superior a 500 pies^{3}/h (14 m^{3}/hora) por cada generador HYP-100/F. Esto es conveniente para instalaciones más grandes con múltiples salas 11. En este caso, deben instalarse unidades de acondicionamiento de aire más grandes en el modo de recirculación. Los generadores hipóxicos proporcionarán suficiente ventilación y suministro de aire fresco. Cada generador hipóxico está equipado con un filtro HEPA ("high efficiency particulate arrestance", captura de partículas de alta eficacia) que proporciona aire casi estéril. Además, este "entorno limpio" también es beneficioso para la prevención de incendios ya que reduce sustancialmente las acumulaciones de polvo en el equipo informático.
La sala 11 puede representar también un armario 13 para ordenador. En este caso, se enfría el aire hipóxico suministrado por un generador 20 de tamaño en miniatura mediante un pequeño módulo 14 de intercambio de calor (ambos estarán disponibles por Hypoxico Inc.).
Puede usarse cualquier dispositivo de extracción de oxígeno, tal como un generador de nitrógeno o un concentrador de oxígeno en lugar de un generador 20 hipóxico. Sin embargo, esto creará desventajas significativas. Los generadores de nitrógeno de separación por membrana y PSA (adsorción por cambio de presión) requieren presiones muy superiores. El resultado de esto es una unidad con más consumo de energía que es más pesada, más ruidosa y más costosa de mantener. Además, los generadores de nitrógeno son ineficaces y crean un producto extremadamente árido que requeriría una amplia humidificación. También pueden emplearse otras tecnologías de extracción de oxígeno, tales como la absorción por cambio de temperatura o por cambio de corriente eléctrica, en el dispositivo 20 de extracción de oxígeno. La mayor parte de estas tecnologías se basan en el uso de una bomba de aire y un módulo de separación de aire. El diseño y el principio de funcionamiento de tales módulos de separación de aire (que emplean tanto tecnologías de adsorción en tamiz molecular como de separación por membrana) se conocen bien y están ampliamente disponibles.
La figura 7 muestra una vista esquemática de un generador de nitrógeno o un concentrador de oxígeno que emplea un módulo 50 de membrana de enriquecimiento en oxígeno. El oxígeno extraído se desecha a través de una salida 53. Se suministra aire comprimido seco por medio de una entrada 51 hacia un módulo 50 de membrana de fibra hueca. Las moléculas de oxígeno que se mueven rápidamente bajo presión se difunden a través de las paredes de las fibras huecas y salen a través de la salida 53. Nitrógeno seco o una mezcla gaseosa enriquecida en nitrógeno pasa a través de las fibras huecas y se transmite a través de una salida 52 hacia la sala 11. El empleo de esta tecnología en el sistema hipóxico FirePASS requeriría una humidificación adicional del entorno de la sala 11.
Ambos, generadores de nitrógeno y concentradores de oxígeno, requieren un equipo de monitorización informatizado sofisticado para controlar y monitorizar los niveles de oxígeno. Esto los hace inseguros para instalaciones ocupadas por seres humanos.
El principio de un entorno hipóxico normobárico para la prevención y supresión de incendios podría aplicarse a cualquier sala. Los recintos de cualquier forma y tamaño incluyendo edificios, buques, contenedores de carga, aviones de pasajeros, vehículos espaciales/estación espacial, salas de ordenador, casas particulares y la mayor parte de otras instalaciones industriales y no industriales se beneficiarán de un entorno hipóxico de prevención de incendios.
En una instalación de ordenadores grande, cada estante con equipo 13 informático puede estar encerrado en su propia sala 11 hipóxica. Esta estrategia de ahorro de energía proporcionará un entorno normóxico entre los estantes 13. Además, no interferirá con un sistema de supresión de incendios actual de la instalación. Además, la instalación puede usar un sistema de aspersores más barato, ya que el agua no puede dañar el equipo informático que está encerrado dentro de los recintos de paneles estancos al agua de la sala hipóxica. Hypoxico Inc. en Nueva York fabrica recintos de paneles modulares adecuados de cualquier tamaño. En este caso, el acondicionamiento de aire para cada recinto se vuelve opcional ya que la instalación podría estar ya suficientemente enfriada.
La figura 8 ilustra una comparación de la curva Y de extinción de la llama y la curva Z de saturación de la hemoglobina en una atmósfera controlada durante la reducción gradual del oxígeno (Esto se ha explicado anteriormente).
La figura 9 muestra una vista esquemática de una casa particular con una modificación de modo doble del sistema FirePASS. El sistema puede fijarse en el modo de prevención o en el modo de supresión.
Una casa 91 que tiene instalado el sistema Home FirePASS incluirá un generador 92 hipóxico con una entrada 93 de aire exterior y tuberías 94 de distribución. Se situarán boquillas 95 de descarga en cada habitación.
Este tipo de generador 92 hipóxico incorpora un compresor adicional (no mostrado) que permite que se almacene el aire hipóxico y se mantenga en un recipiente 97 de almacenamiento a alta presión, por medio de la tubería 96.
El aire hipóxico usado en el modo de prevención de incendios debe tener un contenido en oxígeno de aproximadamente el 16%. En modo de supresión, el contenido en oxígeno en la atmósfera interna (tras el despliegue del FirePASS) debería ser de entre el 12% y el 14%.
Detectores 98 de fuego y humo instalados en la casa iniciarán el Home FirePASS en el modo de supresión (en el modo de prevención la ignición de fuego es imposible). Todo el equipo de detección y control está disponible en el mercado y no se describirá adicionalmente.
El recipiente 97 de almacenamiento puede contener aire hipóxico bajo una presión de aproximadamente 100 bar (o superior), cuando se desea un tanque más pequeño. El recipiente 97 debe instalarse en el exterior de la casa 91, preferiblemente en un alojamiento protector. Los compresores y recipientes de almacenamiento de gas a alta presión están fácilmente disponibles en el mercado. El generador 92 hipóxico para el Home FirePASS está disponible por Hypoxico Inc.
El principio de funcionamiento de este sistema puede describirse tal como sigue. El generador 92 hipóxico capta aire fresco exterior a través de la entrada 93 y suministra aire hipóxico hacia un recipiente 97 a alta presión a través de un compresor incorporado. La presión de almacenamiento recomendada en el tanque es de aproximadamente 100 bar.
El sistema tiene dos modos de funcionamiento: el modo de prevención y el modo de supresión. Cuando la casa se deja deshabitada (durante las horas de trabajo o las vacaciones), se inicia un modo de prevención de incendios presionando un botón en el panel de control principal (no mostrado). Esto inicia el sistema encendiendo el generador hipóxico y permitiendo la lenta liberación de aire hipóxico desde el recipiente 97 hacia las tuberías 94 de distribución. Se sitúan boquillas 95 en cada habitación de la casa. En consecuencia, puede establecerse un entorno de prevención de incendios (con un contenido en oxígeno del 16%) en aproximadamente 15 minutos. Además, puede crearse un entorno hipóxico con una concentración de oxígeno inferior al 10%. Esto es un elemento de disuasión muy eficaz frente a intrusos, ya que es un entorno extremadamente incómodo para estar en él. Cuando las personas vuelven a casa, pueden establecer rápidamente una atmósfera normóxica abriendo las ventanas o usando un sistema de ventilación (no mostrado). Cuando se crea el entorno de prevención de incendios, el generador 92 rellenará el recipiente 97 con aire hipóxico.
Si se desea, puede crearse permanentemente una atmósfera hipóxica de prevención de incendios, lo que hace obsoleto el recipiente 97. En el modo de prevención, el generador 92 del Home FirePASS proporcionará constantemente un entorno hipóxico normobárico adecuado para los seres humanos con un contenido en oxígeno del 16%. Esto corresponde a una altitud de 2200 m sobre el nivel del mar. Esta atmósfera respirable de prevención de incendios proporciona varios beneficios para la salud (descritos en www.hypoxico.com) y excluye la posibilidad de combustión (incluso fumar dentro de la casa 91 será imposible). Para cocinar, deben usarse aparatos eléctricos. Los aparatos de calefacción domésticos que funcionan con combustible gaseoso o líquido pueden hacerse operativos instalando un conducto de suministro de aire que permite que se introduzca aire exterior para la combustión.
El modo de supresión de incendios del sistema está relacionado directamente con los detectores 98 térmicos o de humo, instalados en cada habitación de la casa. Una señal del detector 98 de humo se transmite al panel de control principal, que abre una válvula de liberación automática (no mostrada). Esto da como resultado la rápida introducción de la mezcla gaseosa hipóxica procedente del recipiente 97. Las boquillas 95 de liberación pueden estar equipadas con pequeñas sirenas impulsadas por aire que se activan con la liberación del aire hipóxico. Se recomienda que el gas hipóxico debe liberarse en todas las habitaciones simultáneamente. Sin embargo, con el fin de reducir el tamaño del recipiente 97, la liberación del aire hipóxico puede limitarse a la habitación en la que se detectó humo. El tiempo de reacción del FirePASS dado de menos de un segundo debe ser más que suficiente para suprimir un incendio localizado. Puede usarse también un agente hipóxico de supresión de incendios más concentrado con un contenido en oxígeno de desde el 0,1% hasta el 10%, con el fin de reducir el tamaño del recipiente 97 de almacenamiento. El tamaño y la cantidad exactos de agente de supresión de incendios debe calcularse de modo que cuando se libere, cree una atmósfera respirable de supresión de incendios que tenga una concentración de oxígeno de desde el 10% hasta el 16%.
Para reducir costes, el Home FirePASS puede funcionar en el modo de supresión sin la instalación del generador 92. En este caso, el sistema consistirá en un tanque 97 a alta presión, tuberías 94 de suministro de gas y un sistema 98 de control y detección. Una empresa de servicios local puede proporcionar el mantenimiento requerido y el rellenado de los tanques 97 de almacenamiento de gas.
La figura 10 es una vista esquemática de un edificio 101 de varias plantas con el Building FirePASS instalado en el modo de supresión de incendios.
Un bloque FirePASS mayor (disponible por Hypoxico Inc.) instalado en el tejado del edificio 101 tiene un generador 102 hipóxico que proporciona aire hipóxico (o agente de extinción de incendios) a través de la extracción de oxígeno del aire ambiental. El generador 102 se comunica con un compresor 103, que suministra aire hipóxico a alta presión al recipiente 104 de almacenamiento. Una vez allí, se mantiene bajo una presión constante de aproximadamente 200 bar (o superior).
Tal como se muestra en la figura 10, puede instalarse una tubería 105 de suministro de agente contra incendios vertical, que tiene boquillas 106 de descarga en cada planta, en todo el edificio completo, o bien externamente o bien en un hueco de ascensor. Las boquillas 106 de descarga se instalan con silenciadores para reducir el ruido creado por la liberación del agente contra incendios a alta presión.
Cuando se detecta fuego, una señal procedente del panel de control central inicia la apertura de una válvula 107 de liberación que fuerza el aire hipóxico almacenado (agente contra incendios) hacia la tubería 105 de distribución. Dado el rápido tiempo de respuesta de FirePASS, debe ser suficiente la creación de una atmósfera respirable de supresión de incendios en la planta afectada. Sin embargo, como una precaución añadida, debería liberarse agente hipóxico también en las plantas adyacentes. El Building FirePASS liberará una cantidad suficiente del agente hipóxico de supresión de incendios (con un contenido en oxígeno inferior al 10%) en las plantas deseadas creando una atmósfera respirable de supresión de incendios con un contenido en oxígeno de aproximadamente el 12% - 15%.
La presión positiva de la atmósfera hipóxica garantizará su penetración en todos los apartamentos y suprimirá instantáneamente una fuente de incendio en cualquier habitación. Además, estableciendo un entorno hipóxico en las plantas adyacentes, un incendio no podrá propagarse hasta la parte superior del edificio. Una ventaja clave de este sistema es que puede incorporarse en el equipo de detección de incendios/extinción de incendios que está actualmente en el sitio (tal como el empleado por un sistema de aspersores, un sistema de supresión de gas, etc.).
Las plantas separadas pueden tener un sistema de detección de incendios individual conectado a un Floor FirePASS individual, tal como se muestra en la parte inferior de la figura 10. Los recipientes 108 de gas hipóxico a alta presión pueden liberar agente hipóxico en toda la planta por medio de tuberías 109 de distribución con boquillas de descarga en cada habitación. Con el fin de reducir la presión de almacenamiento y el tamaño del recipiente, puede usarse una concentración de oxígeno muy baja en el gas almacenado, siempre que se establezca una atmósfera respirable segura en cada habitación con un contenido en oxígeno de aproximadamente el 12% - 15%. Pueden usarse unidades de extinción de incendios no empotradas con agente hipóxico contra incendios en habitaciones seleccionadas en el edificio. Tales unidades se describen posteriormente en relación con la figura 12.
La figura 11 presenta una vista esquemática de un edificio 110 industrial. La planta baja no tiene paredes de separación y puede estar abierta a la atmósfera exterior, por ejemplo, para la descarga, etc. En este caso, FirePASS debe incluir particiones de separación, o cortinas 115, que pueden hacerse descender en caso de incendio o instalarse permanentemente (por ejemplo, en forma de faldones transparentes blandos).
El bloque 111 de compresor/generador hipóxico y el recipiente 112 de almacenamiento de gas se instalan en el tejado o el exterior del edificio 110. El Building FirePASS suministra aire hipóxico a través de las tuberías 113 de distribución y las boquillas 114 de descarga. En el caso de un incendio localizado (en una habitación o en una planta superior), el FirePASS descargará instantáneamente aire hipóxico en una cantidad suficiente para establecer el umbral hipóxico del 16,8% de O_{2}, pero suficientemente cómoda para la respiración humana (un 14 - 15% recomendado, un 10 - 14% para algunas aplicaciones).
Cuando se detectan humo y/o fuego en la planta baja, las cortinas 115 (que se almacenan en portacortinas 116) se liberan separando así la planta en zonas localizadas. Esto bloqueará la ventilación y el movimiento de aire. Cuando se detecta fuego, el sistema de ventilación del edificio debe apagarse inmediatamente. Entonces se libera instantáneamente aire hipóxico en la zona afectada (y la zona adyacente), haciendo que el incendio se extinga rápidamente.
Las cortinas 115 pueden estar compuestas por un material sintético resistente al fuego que sea blando y transparente. Los faldones verticales de las cortinas 115 permitirán la rápida salida de las personas que estén atrapadas en la zona afectada.
El sistema FirePASS puede establecer un entorno hipóxico por debajo del umbral hipóxico en una planta específica o en todo el edificio completo. Si se requiere, esta atmósfera totalmente respirable, de supresión de incendios puede mantenerse indefinidamente, proporcionando una vía de escape a las personas que están atrapadas en el interior. Esta realización es adecuada para proporcionar entornos de prevención de incendios y supresión de incendios para numerosas aplicaciones.
Por ejemplo, las centrales nucleares podrían mantenerse en un estado de prevención de incendios. Si se produce un accidente, entonces el contenido en oxígeno debe reducirse hasta aproximadamente el 10%. Este entorno extremadamente hipóxico es todavía seguro durante un mínimo de 20 minutos, dándoles tiempo a las personas atrapadas a escapar y proteger sus cuerpos de la radiación que provoca menos daño cuando la saturación de la oxihemoglobina disminuye por debajo del 80%. Cuando se usan concentraciones de oxígeno inferiores, añadir dióxido de carbono al agente de supresión de incendios puede estimular adicionalmente la respiración.
Tanto Home FirePASS como Building FirePASS pueden instalarse en un modo estrictamente de prevención. En este caso, los recipientes 97, 104 y 112 de almacenamiento se vuelven opcionales, ya que el generador estará bombeando continuamente aire hipóxico hacia las tuberías de distribución. Esto crea un entorno de prevención de incendios permanente.
Otra solución rentable sería dotar cada habitación con su propio aparato de supresión de incendios automático. La figura 12 muestra una unidad 121 de supresión de incendios no empotrada que tiene un recipiente 122 de almacenamiento de gas en su interior. Una válvula 123 de liberación (preferiblemente, del tipo de disco de ruptura) puede abrirse mediante un iniciador 124 electroexplosivo que se acciona mediante un dispositivo de detección térmico/de humo en el bloque 125 de control. Cuando se detecta humo o fuego, una señal procedente del bloque 125 de control inicia el iniciador 124. Esto hace que se abra la válvula 123 y libere la composición hipóxica de extinción de incendios a través de boquillas 126 de descarga en cada habitación. Una batería de larga duración, con una conexión de potencia de CA puede hacer funcionar el bloque 125 de control.
El recipiente 122 de almacenamiento contiene la cantidad apropiada del agente hipóxico de supresión de incendios a alta presión. El contenido en oxígeno en la composición de supresión de incendios es aproximadamente inferior al 10%, de modo que cuando se libera, proporcionará una atmósfera respirable de supresión de incendios en o ligeramente por debajo del umbral hipóxico. La cantidad de agente hipóxico de supresión de incendios en el recipiente 122 puede ajustarse fácilmente para cada habitación cambiando la presión de almacenamiento del gas.
Puede añadirse dióxido de carbono al agente de supresión de incendios en las cantidades necesarias, sustituyendo así la parte correspondiente de nitrógeno. Esto estimulará el proceso de respiración si la atmósfera hipóxica tiene un contenido en oxígeno inferior al 14%.
La cantidad de dióxido de carbono añadido al agente contra incendios debe calcularse de modo que su contenido en la atmósfera de supresión de incendios creada alcance aproximadamente el 4% - 5%.
El recipiente 122 está rodeado por relleno 127 protector que lo amortigua frente al impacto y le proporciona protección térmica. Las boquillas 126 de descarga están equipadas con silenciadores o trampas acústicas con el fin de reducir el ruido procedente de la descarga de gas.
Las unidades 121 pueden instalarse temporalmente y son una alternativa excelente a los costosos sistemas de supresión de incendios que requieren una instalación permanente.
La figura 13 demuestra las capacidades únicas de un sistema FirePASS móvil para aplicaciones industriales. Por ejemplo, un tanque o recipiente 130 roto que tiene una escotilla 131 puede soldarse en un entorno hipóxico. Esto no es factible usando los sistemas de supresión actuales ya que un recipiente vacío puede contener todavía vapores explosivos.
Una unidad 132 Mobile FirePASS, que produce aproximadamente 2 metros cúbicos de aire hipóxico por minuto reduciría rápidamente el contenido en oxígeno del tanque 130 hasta el 14%. Esta composición hipóxica de extinción de incendios será más pesada que los vapores explosivos en el aire ambiental. En consecuencia, actuará como un manto, cubriendo la superficie del líquido inflamable. Por tanto, se creará un entorno de trabajo completamente seguro en el interior del tanque 130. Pueden usarse concentraciones de oxígeno inferiores si el soldador tiene un respirador especializado. En este caso, el soldador espirará aire con un contenido en oxígeno de aproximadamente el 16,5%. Este nivel es próximo al umbral hipóxico y no influirá negativamente en el entorno circundante.
En este entorno, pueden emplearse de manera segura todos los tipos de corte o soldadura, incluyendo soldadura eléctrica y sopletes de oxígeno-acetileno. Incluso si una chispa, o metal fundido toca el queroseno, no se producirá la ignición.
Pueden usarse unidades FirePASS móviles similares en numerosas aplicaciones en las que debe realizarse un trabajo de reparación en un entorno explosivo o peligroso por incendios, por ejemplo, en el interior de un buque cisterna en el mar, un tanque de gasolina subterráneo, una canalización de petróleo crudo, etc.
La figura 14 presenta una vista esquemática de una instalación 140 militar subterránea que se mantiene en un entorno hipóxico constante de prevención de incendios. Esto se proporciona mediante un sistema especial Underground FirePASS. El aire atmosférico ambiental se introduce a través de una entrada 141 de ventilación, que está instalada en una ubicación remota. Entonces se suministra a través de un pozo 142 de ventilación en el módulo 143 de generador hipóxico. Una unidad 144 de filtración en el lado aguas abajo purifica el aire, eliminando los contaminantes químicos y bacteriológicos.
El aire hipóxico que tiene un contenido en oxígeno de aproximadamente el 15% se suministra a partir de un generador 143 hacia conductos 145 de ventilación con boquillas 146 de descarga distribuidas uniformemente en toda la instalación 140. Esto proporciona a cada habitación una atmósfera respirable de prevención de incendios independiente a una presión barométrica ligeramente positiva. La atmósfera hipóxica en exceso sale de la instalación 140 subterránea a través de un pozo 147 de ascensor con una abertura de ventilación de una vía protegida en la parte superior (no mostrada). Cuando se abre deslizándola la cubierta 148 de salida del pozo 147, la presión positiva y la mayor densidad del aire hipóxico evita que el aire exterior entre, lo que proporciona una importante característica adicional del sistema. Esta atmósfera de prevención de incendios proporciona protección adicional frente a una explosión (por ejemplo, de una bomba penetrante o un accidente interno) deteniendo la propagación del fuego dentro de la instalación.
La figura 15 presenta una vista esquemática del sistema Tunnel FirePASS para túneles para automóviles. Este sistema de supresión de incendios es autoajustable y completamente automático.
Una tubería 152 a alta presión discurre en toda la longitud del túnel 151. Puede instalarse a lo largo de una pared 151 o por debajo del techo. La tubería 152 está conectada a un recipiente 153 a alta presión fuera del túnel 151. El resultado de esta configuración es un circuito 152 - 153 de gas a alta presión completamente cerrado. Para los túneles más largos, es aconsejable tener sistemas separados en cada extremo. Pueden añadirse sistemas adicionales, si es necesario, en secciones seleccionadas. Por ejemplo, un túnel de 25 km abierto recientemente en Noruega requeriría al menos 10 unidades FirePASS adicionales instaladas en toda su longitud.
Boquillas 154 de descarga de gas están distribuidas uniformemente en toda la longitud del túnel. Cada boquilla 154 se ocupa de una sección separada del túnel, por ejemplo, A, B, C, etc. El sistema de ventilación del túnel no se muestra en este dibujo con el fin de simplificar esta presentación. En caso de incendio, cada sector puede separarse con cortinas 155 de faldón blando, mantenidas normalmente en portacortinas 156.
Un generador 157 hipóxico está instalado fuera del túnel y se comunica con un depósito 153 a alta presión a través del bloque 158 de compresor. El recipiente 153 a alta presión y una tubería 152 contienen aire hipóxico respirable con un contenido en oxígeno inferior al 15%. Generado por el generador 157 hipóxico y suministrado en un recipiente 153 a través del bloque 158 de compresor, este aire está a una presión barométrica de aproximadamente 200 - 300 bares. Los túneles de mayor longitud requieren la instalación de múltiples unidades Tunnel FirePASS, tal como se muestra en la figura 15.
El principio de funcionamiento de esta realización puede aplicarse tal como sigue. Si se produce un incendio en la sección C, se detectará inmediatamente por los detectores 159 de calor/humo que se distribuyen a intervalos de 5 metros en todo el túnel. El portacortinas 156 ubicado entre las secciones A, B, C, D y E liberará cortinas transparentes y flexibles. Esto separará el fuego en la sección C del resto del túnel.
Tal como se muestra en la figura 16, las cortinas 155 estarán compuestas por un material sintético y tendrán faldones trasparentes blandos. Estas cortinas 155 pueden inflarse instantáneamente mediante un cartucho de gas a alta presión o un cartucho 161 pirotécnico. Estos cartuchos serán similares a los utilizados en las bolsas inflables de los automóviles. El cartucho se iniciará mediante una señal procedente de los detectores 159 de humo/fuego. Un equipo de detección adecuado está disponible a partir de numerosos fabricantes.
Simultáneamente, el sistema de ventilación interno de los túneles se apagará y la boquilla 154 de descarga en la sección C liberará aire hipóxico a alta presión. Este aire hipóxico se almacena en la tubería 152 y el recipiente 153. El volumen de aire hipóxico liberado hacia la sección C superará el volumen de la sección C en varias veces. Por tanto, las secciones B, C y D experimentarán el intercambio de aire completo, lo que garantiza el rápido establecimiento de un entorno respirable de supresión de incendios. En los túneles más cortos (inferiores a los 1000 m) el volumen de aire hipóxico debe ser suficiente para llenar la totalidad del túnel.
Para calcular la cantidad de la composición hipóxica de extinción de incendios que es necesario liberar desde el circuito 152 - 153 hacia las secciones B, C y D, debe utilizarse una concentración final del 13% al 15% de oxígeno en la atmósfera de supresión de incendios en la que debe liberarse. Esto corresponde a una altitud de entre 2700 y 3800 metros, que todavía es adecuada para la respiración humana. Este entorno hipóxico suprimirá instantáneamente cualquier incendio: Esto incluye incendios químicos, incendios eléctricos, incendios inducidos por líquidos inflamables e incendios por detonaciones de gas. Además, este entorno suprimirá instantáneamente un incendio por una explosión. Esto proporciona protección significativa frente a un ataque terrorista.
Las boquillas 154 están equipadas con silenciadores especiales para reducir el ruido que resulta de la liberación de gas a alta presión. Para dar la alarma a las personas del interior y el exterior del túnel, también se recomienda que se unan sirenas de aire a los silenciadores. Además, dado que el contenido en oxígeno disminuye por debajo del umbral hipóxico, los motores de combustión de los automóviles atrapados se volverán inviables. En consecuencia, habrá suficiente aire respirable para muchas horas.
La liberación de gas desde las boquillas 154 se inicia mediante una señal de un sistema automatizado de los detectores 159 de fuego. Se recomienda que el volumen de aire hipóxico en el sistema 152 - 153 sea suficiente para llenar la totalidad del túnel. Si esto no es factible, entonces el volumen debe ser lo suficientemente grande como para llenar la sección afectada y las adyacentes a ella.
En algunas aplicaciones, la tubería 152 puede mantenerse a una presión convencional, reduciendo así su peso. Esto puede llevarse a cabo manteniendo el aire hipóxico a alta presión estrictamente en el depósito 153. Entonces se libera hacia la tubería 152 en caso de incendio. En consecuencia, puede utilizarse un mecanismo de descarga más ligero y menos caro en las boquillas 154. Sin embargo, esto requiere la instalación de un sistema computerizado de liberación de gas y detección de incendios que abre automáticamente la válvula de liberación del depósito 153 y alimenta el aire hipóxico hacia la tubería 152, que se libera entonces a través de la boquilla 154 hacia las secciones requeridas.
Si se declara un incendio dentro del túnel 151, entonces las cortinas 155 descendentes de localización se liberarían en todo el túnel (preferiblemente cada 50 a 100 metros). Esto establecería un entorno hipóxico respirable de supresión de incendios en todo el túnel y evitaría cualquier ventilación. Además, se evitarán los accidentes, dado que el entorno hipóxico evita la combustión de los motores de los automóviles.
Una vez que el personal apropiado declara que el túnel es seguro, el sistema de descarga se cerrará y las cortinas 155 se retraerán hacia el portacortinas 156. El sistema de ventilación del túnel 151 se reabrirá entonces, introduciendo aire fresco.
El contenido en oxígeno dentro del túnel aumentará rápidamente hasta el 20,9% (la concentración ambiental normal a cualquier altitud), lo que permite que los motores de combustión reanuden el funcionamiento normal.
Los transductores de monitorización de presión instalados en el depósito 153 encenderán el generador 157 hipóxico y el bloque 158 de compresor en caso de que la presión de almacenamiento disminuya, lo que puede producirse durante el mantenimiento o la emergencia de incendio. Este relleno automático garantiza que el sistema siempre estará listo para suprimir un incendio.
El generador 157 hipóxico introduce aire ambiental procedente de la atmósfera exterior y extrae de él una parte de oxígeno. Entonces dirige el aire con reducción de oxígeno con un contenido en O_{2} inferior al 15% al bloque 158 de compresor. Una vez allí, se comprime hasta una presión barométrica de aproximadamente 200 bares y entonces se suministra hacia el depósito o recipiente 153 de almacenamiento, que se comunica directamente (o a través de una válvula de liberación) con la tubería 152.
Tal como se estableció anteriormente, las cortinas deben estar compuestas por material sintético. Deben ser blandas, transparentes y completamente inflables. Debe tener largos faldones verticales, que se solapan entre sí horizontalmente (tal como se muestra en la figura 16).
Estas especificaciones garantizan el paso fácil de los vehículos a través de las cortinas 155, ya que su naturaleza transparente no obstruirá la visión del conductor. Proporcionarán separación entre sectores suficiente, aun cuando un camión se pare directamente debajo de ellas. Cortinas similares se han utilizado satisfactoriamente por el Hypoxic Room System (Sistema de sala hipóxica) de Hypoxico Inc. para separar el entorno hipóxico de la atmósfera exterior.
La figura 16 es una vista en corte transversal de un túnel 151 cilíndrico, que se centra en la realización preferida del sistema de despliegue de cortinas.
La cortina 155 está plegada dentro del portacortinas 156. Una señal procedente de un sistema de detección de humo/
fuego inicia el cartucho 161 pirotécnico o a alta presión, que da como resultado la liberación del gas. Esto hace que la cortina 155 se infle. El inflado de la cortina 155 empuja a la cubierta 162 del portacortinas 156 para que se abra y la deja caer a la calzada. Pueden instalarse cartuchos 161 separados por encima de cada hilera de tráfico.
Segmentos 163 de separación adicionales se instalan a ambos lados de la cortina, por encima y por debajo de la calzada, permitiendo que tuberías y cables de comunicación pasen a su través. Los segmentos 163 se instalan sólo en los lugares en los que se instalan las cortinas 155. Esta combinación proporciona una obstrucción de aire sustancial entre las secciones separadas, evitando la ventilación natural. Sin embargo, las cortinas 155 no evitan que el aire hipóxico liberado por el FirePASS pase a través de ellas. Los segmentos 163 verticales deben estar compuestos por un material de plástico blando con el fin de evitar el daño a los vehículos.
Los conmutadores electrónicos, detectores térmicos/de humo, válvulas y monitores que se instalan dentro del túnel iniciarán la liberación del agente hipóxico. Estos componentes están ampliamente disponibles, por lo que no se describirán adicionalmente. Hypoxico Inc. de Nueva York ofrece varios modelos de generadores 157 hipóxicos. Pueden utilizarse varios dispositivos de extracción de oxígeno para esta aplicación incluyendo, pero sin limitarse a: absorbedores por cambio de presión, separadores de membrana y unidades que utilizan tecnologías de adsorción por cambio de la corriente eléctrica. Compresores 158 de múltiples fases que comprimen el aire hasta 200 bares o superior también están disponibles a partir de numerosos fabricantes en todo el mundo.
En ciertos casos, pueden utilizarse cantidades calculadas de nitrógeno para llenar el sistema a alta presión. Esto reducirá el tamaño y el peso del sistema, pero requerirá un equipo adicional de monitorización y seguridad. Cuando se libera, la cantidad exacta de nitrógeno se mezclaría con el aire interno proporcionando al entorno hipóxico un contenido en oxígeno del 15%, o inferior, si es necesario.
La figura 17 presenta una vista esquemática de un Tunnel FirePASS rentable para trenes que funcionan con energía eléctrica y otros vehículos que no utilizan motores de combustión. Esta realización permite que el interior del túnel 171 se mantenga en un entorno de prevención de incendios, en o por debajo del umbral hipóxico. Sin embargo, esta realización no es adecuada para túneles para automóviles, ya que los motores de combustión no funcionarán en un entorno hipóxico de este tipo.
El túnel 171 está equipado con dos puertas 172 de separación en la posición cerrada, una en cada extremo. Cuando un tren se aproxima al túnel 171, la primera puerta 172 se abre, permitiendo que pase el tren y se cierra a continuación. A medida que el tren se aproxima al extremo del túnel, la segunda puerta se abre, permitiendo que el tren salga. Uno o más generadores 173 hipóxicos que se han instalado fuera del túnel suministran aire hipóxico al interior del túnel 171. Se crea aire hipóxico con un contenido en oxígeno entre el 14 y el 15% mediante el generador y entonces se libera dentro del túnel 171 a través de las tuberías 174 y las boquillas 175. Esto mantiene un entorno de prevención de incendios constante en el túnel y lo transmite dentro del tren, puesto que su interior llega a ventilarse con el aire hipóxico.
Las puertas 172 pueden realizarse en formas diferentes, por ejemplo, una puerta de deslizamiento, giratoria o plegable que se abre vertical u horizontalmente. Tales puertas están disponibles de numerosos fabricantes. Las puertas deben instalarse aproximadamente a de 10 a 20 metros dentro del túnel para evitar que se bloqueen por la nieve o el hielo. El cable 176 de contacto eléctrico puede interrumpirse en las puertas 172 u otras juntas y obstáculos.
La figura 18 muestra una vista frontal de la entrada del túnel con una puerta 172 cerrada.
La figura 19 presenta una vista esquemática de un túnel 171 para trenes de esquí similares al de Kaprun, Austria (en el que fallecieron 159 personas en el incendio de noviembre de 2000). Con una longitud de 3,3 km, este túnel de 3,6 metros de diámetro tiene un gradiente promedio de 39°. Esto produce un "efecto chimenea" que aspira el aire del fondo del túnel, avivando así las llamas.
Las puertas 192 evitarán una corriente de aire de este tipo, manteniendo el entorno de prevención de incendios dentro del túnel 191. A través de una tubería 194 y las boquillas 195 de descarga uniformemente distribuidas (cada 50 metros), un generador 193 hipóxico proporcionará al túnel la composición respirable de extinción de incendios con un contenido en oxígeno del 15-16%. Las puertas 192 automáticas se abren cuando el tren se aproxima, de manera similar a las puertas 172 en la realización anterior.
Además, la fracción enriquecida en oxígeno producida durante el proceso de extracción puede enviarse a plantas de tratamiento de aguas residuales, industrias pesqueras, plantas metalúrgicas, plantas de tratamiento de alimentos y blanqueamiento del papel, y otros negocios, proporcionando un gran beneficio a la economía local.
La figura 20 muestra una vista esquemática de un sistema On-Board FirePASS para trenes, autobuses, vagones de metro y otros vehículos de pasajeros.
Esta realización presenta la instalación de un sistema de supresión de incendios dentro de un vagón 201 de ferrocarril de pasajeros. Un recipiente 202 de almacenamiento a alta presión lleno con el agente hipóxico de supresión de incendios está montado bajo el techo o sobre la parte superior del vagón 201. Un recipiente 202 está equipado con una válvula de descarga conectada a tuberías 203 de distribución. El agente hipóxico se descarga entonces a través de las boquillas 204 de descarga.
Cuando se detecta fuego, una válvula de descarga de disco de ruptura (no mostrada) se iniciará mediante un iniciador electroexplosivo. Las válvulas de descarga de disco de ruptura y los iniciadores electroexplosivos están disponibles de Kidde-Fenwal Inc. en los EE.UU. Los recipientes, tuberías y boquillas adecuados también están disponibles a partir de numerosos fabricantes.
El agente hipóxico de supresión de incendios con un contenido en oxígeno inferior al umbral hipóxico se almacena en el recipiente 202 a una presión barométrica de aproximadamente 100 bares. Pueden utilizarse concentraciones de oxígeno muy inferiores (desde el 0,01 hasta el 10% de O_{2}) puesto que es fácil calcular el volumen de agente contra incendios que es necesario liberar con el fin de crear un entorno respirable de supresión de incendios en el umbral hipóxico. Este contenido en oxígeno inferior permite reducir tanto el volumen como el peso del recipiente 202 de almacenamiento a alta presión.
Por ejemplo: con el fin de lograr la supresión del incendio a una concentración de oxígeno del 16%, un vagón o autobús interior con un volumen de 200 m^{3} requeriría aproximadamente 75 m^{3} de una mezcla gaseosa hipóxica con un 2% de oxígeno. A una presión de 100 atm, sólo se requeriría un recipiente de almacenamiento de 700 litros o siete recipientes de 100 litros. Este último recipiente sería sustancialmente más fácil de instalar en un vagón 201. También puede utilizarse nitrógeno puro, siempre que se libere a través de múltiples boquillas para una mejor distribución. En este caso, el contenido en oxígeno en el interior del vagón debe permanecer entre el 12% y el 16%. Esto requeriría sólo 60 m^{3} de nitrógeno. Esto puede almacenarse en un recipiente de 600 litros a 100 atm (o en un recipiente de 300 litros a una presión de 200 atm).
Todas las boquillas deben estar equipadas con silenciadores, para reducir el ruido que se crea mediante la liberación del gas a alta presión.
El On-Board FirePASS puede instalarse en autobuses, ferrys, funiculares y otros vehículos de pasajeros. Los sistemas de supresión de incendios de automóviles personales también pueden construirse utilizando la misma solución.
La supresión satisfactoria de un incendio a bordo de un avión en vuelo es extremadamente difícil, ya que la mayoría de estos incendios se producen por defectos eléctricos dentro del avión.
Con el fin de ahorrar en el peso, la construcción de un avión no es lo suficientemente resistente como para presurizarse a nivel del mar. En consecuencia, todos los aviones de pasajeros se presurizan a altitudes que oscilan desde 2 hasta 3 km. Esto reduce el diferencial de presión entre la atmósfera interna y la externa mientras que el avión está en vuelo. Como resultado de esto, la atmósfera interna del avión tiene una presión parcial de oxígeno inferior. Sin embargo, la atmósfera interna todavía tiene un contenido en oxígeno del 20,94%. Por tanto, para lograr un estado de prevención de incendios (umbral hipóxico) tendría que crearse una atmósfera correspondiente a una altitud de aproximadamente 4 km. Esto sería demasiado incómodo para la mayor parte de los pasajeros. Este estado desacertado limita el uso del sistema FirePASS en el modo de prevención en los aviones de pasajeros actuales.
La figura 21 muestra la puesta en práctica de la tecnología FirePASS en el sistema de ventilación de un avión 211 de pasajeros. Todos los aviones de este tipo dependen de la atmósfera exterior para el aire fresco. Esto requiere un complicado sistema de admisión de aire que no se describirá en el presente documento. Un sistema de ventilación con tuberías 212 de distribución y boquillas 213 proporciona una mezcla normal de aire reciclado (junto con una pequeña cantidad de aire fresco). Las tuberías 212 se comunican con un recipiente 214 de almacenamiento a alta presión que se llena con agente hipóxico de supresión de incendios. El recipiente 214 está equipado con una válvula de liberación, que se inicia mediante un dispositivo electroexplosivo descrito en la realización anterior mostrada en la figura 20.
En caso de incendio, el sistema de detección de fuego/humo a bordo proporciona una señal que inicia el accionamiento de una válvula de disco de ruptura mediante un dispositivo electroexplosivo. El agente hipóxico de supresión de incendios se libera en el sistema de ventilación y se distribuye uniformemente por todo el avión. La parte superior de la figura 21 muestra el movimiento del aire hipóxico por todo el avión. La cantidad del agente hipóxico que se libera debe proporcionar un umbral hipóxico por todo el avión. La señal procedente del sistema de detección de fuego/humo también cerrará las válvulas de admisión que permiten que entre aire fresco en el avión. Debe equiparse un recipiente de almacenamiento (o múltiples recipientes 214) que contiene agente hipóxico a una presión barométrica a aproximadamente 50 bares con una válvula de liberación gradual y un silenciador.
La atmósfera interna excesiva se libera del avión a través de la válvula 215 de alivio sensible a la presión que se inicia mediante el aumento de la presión en el interior del avión. Esto proporcionará un intercambio de aire suficiente dentro del avión, eliminando el humo o vapores tóxicos de la fuente del incendio. La atmósfera a bordo del avión estará ahora en el umbral hipóxico y será adecuada para respirar durante un periodo de tiempo limitado, incluso por los enfermos y los ancianos. Este tiempo de respiración limitado será suficiente, ya que un incendio se suprimirá en cuestión de segundos. Sin embargo, si debe prolongarse la exposición al entorno hipóxico, la liberación simultánea de máscaras de oxígeno permitirá que los pasajeros permanezcan cómodos. Con el fin de compensar el efecto de la hipoxia en el cuerpo humano, puede añadirse una cantidad necesaria de dióxido de carbono al agente hipóxico contra incendios que se está liberando, lo que creará una atmósfera respirable de supresión de incendios con un 4%-5% de dióxido de carbono. Esto permitirá el mantenimiento seguro de una atmósfera de este tipo durante horas sin ninguna incomodidad ni riesgo para la salud de los pasajeros. El efecto del dióxido de carbono complementario se explica adicionalmente en las figuras 33 y 34.
Este método de supresión de incendios sofocará inmediatamente cualquier incendio. Incluso se eliminará el humo que puede producirse por la incandescencia residual. En consecuencia, se garantizará la seguridad de las personas a bordo del avión.
La figura 22 presenta el sistema FirePASS a bordo de la siguiente generación de aviones que volará por encima de la atmósfera de la Tierra (incluyendo los vehículos espaciales). Estos vehículos, que son similares al trasbordador espacial de la NASA, no dependen de la admisión de aire fresco, ya que están equipados con sistemas de regeneración de aire autónomos. En consecuencia, estos vehículos están presurizados al nivel del mar.
Durante décadas, los investigadores de la NASA (junto con otras agencias espaciales) han estado intentando encontrar una solución adecuada para el ser humano para suprimir los incendios a bordo de vehículos espaciales (y estaciones espaciales). La mayor parte de la tecnología de supresión de incendios más avanzada disponible en la actualidad utiliza dióxido de carbono como supresor de incendios. La ventaja de utilizar dióxido de carbono es que puede eliminarse fácilmente de la atmósfera cerrada mediante absorbedores utilizados en sistemas de soporte vital. Sin embargo, el principal inconveniente del dióxido de carbono es que con esta liberación, la atmósfera se vuelve no respirable.
La puesta en práctica del sistema FirePASS en un avión de este tipo (o trasbordador 221 espacial) requiere el establecimiento y el mantenimiento inicial del umbral hipóxico en la atmósfera a bordo del vehículo. En el suelo, el vehículo 221 se ha ventilado con aire hipóxico suministrado por el generador 22 de FirePASS móvil. Los pasajeros pueden embarcar en el vehículo al mismo tiempo a través de una puerta de tipo antecámara.
Con la finalización del intercambio de aire completo, la atmósfera estará en el umbral hipóxico. La puerta del vehículo 221 puede cerrarse ahora y la cabina puede presurizarse. La atmósfera interna se reciclará ahora mediante un sistema 223 de regeneración autónomo. Este sistema 223 contiene un absorbedor químico especial (una composición compleja de superóxidos de litio y potasio) que absorbe dióxido de carbono y produce oxígeno. El sistema de control se fija para mantener el contenido en oxígeno en el nivel deseado (recomendado el 15%).
Uno de los beneficios clave de la tecnología FirePASS es la facilidad con la que puede instalarse en vehículos de esta naturaleza, ya que no serán necesarias modificaciones de hardware. El entorno puede modificarse aumentando el contenido en nitrógeno de la atmósfera interna. El sistema de control de aire puede reprogramarse para mantener la atmósfera artificial en o por debajo del umbral hipóxico. Esta composición hipóxica proporcionará un entorno sano y cómodo con un 100% de protección frente a incendios.
También pueden utilizarse otros gases inertes tales como argón y xenón, etc. (o mezclas de los mismos) como lastre de extinción de incendios. Sin embargo, el umbral hipóxico será ligeramente diferente para cada mezcla gaseosa.
La misma composición de prevención de incendios es adecuada para todos los objetos herméticos, incluyendo estaciones espaciales, colonias interplanetarias e instalaciones subacuáticas/subterráneas. En el futuro, la mayor parte de los edificios contendrán una atmósfera artificial que puede protegerse contra incendios mediante el establecimiento de un entorno hipóxico con un contenido en oxígeno inferior al 16,8%.
La figura 23 muestra un objeto hermético con una atmósfera artificial. El sistema de soporte vital a bordo (no mostrado) incorpora el sistema 231 de regeneración de aire autónomo, manteniendo un entorno sano y cómodo en el umbral hipóxico.
El bloque 232 de regeneración recoge aire espirado a través de las entradas 233 de aire y las tuberías 234. El equipo en este bloque 232 elimina una parte del agua y la envía al bloque de regeneración de agua del sistema de soporte vital principal. El aire deshumidificado se envía hacia el absorbedor 232 de regeneración del bloque en el que se absorbe dióxido de carbono en exceso. Además, se añade una cantidad apropiada de oxígeno, asegurándose así que la atmósfera interna se mantiene en el umbral hipóxico. Una unidad 235 de control computerizada mantiene la temperatura, la humedad y el equilibrio de oxígeno/dióxido de carbono en el sistema 237 de suministro de aire. Las boquillas 238 están distribuidas uniformemente en todo el espacio cerrado, o en cada compartimento cerrado. El oxígeno complementario (y el nitrógeno, si es necesario) se almacena en los recipientes 239. Sin embargo, una vez que se introduce el lastre inerte de nitrógeno en la atmósfera interna, permanecerá allí sin necesidad de regeneración adicional. Este lastre evitará automáticamente que se eleve el contenido en oxígeno por encima de los ajustes iniciales, proporcionando una seguridad adicional en caso de fallo del equipo de control computerizado.
La misma composición respirable de prevención de incendios puede utilizarse en submarinos, instalaciones subterráneas y subacuáticas, estaciones espaciales e interplanetarias.
Estos entornos tienen una cosa en común: no pueden basarse en la atmósfera exterior para la ventilación o el intercambio de aire. Los incendios en entornos de este tipo son extremadamente peligrosos y difíciles de suprimir. El oxígeno se genera normalmente a través de medios químicos, biológicos o electrolíticos. En una nave espacial moderna (o estación espacial) el oxígeno debe almacenarse a bordo del vehículo antes de despegar.
Si el mantenimiento de un entorno hipóxico constante (modo de prevención de incendios) no es factible, entonces el sistema puede mantenerse en su modo de supresión de incendios. Puede introducirse entonces cuando se requiera. Dependiendo del tamaño del entorno, el vehículo puede dividirse en zonas de supresión de incendios. La localización puede lograrse separando diferentes sectores del entorno con cortinas de aire inflables, puertas o escotillas herméticas. En caso de incendio, la cantidad necesaria del agente hipóxico de supresión de incendios se introducirá en el sector localizado, creando instantáneamente un entorno hipóxico bajo el umbral hipóxico.
La figura 24 muestra la puesta en práctica de la tecnología FirePASS en el sistema de regeneración de aire autónomo de un vehículo militar. El tanque 241 tiene un entorno sellado herméticamente con una atmósfera respirable interna bajo el umbral hipóxico. El principio de funcionamiento de este sistema es idéntico al que se describió en la realización anterior (figura 23).
El sistema 242 de regeneración de aire emplea un absorbente químico que adsorbe dióxido de carbono y libera la cantidad apropiada de oxígeno. Esto mantiene la atmósfera interna del vehículo por debajo del umbral hipóxico (preferiblemente desde el 12 hasta el 13%). El personal militar puede adaptarse fácilmente a estos entornos durmiendo en un Hypoxic Room System (o Hypoxic Tent System) (Sistema de sala hipóxica o Sistema de tienda hipóxica) fabricado por Hypoxico Inc.
El mismo concepto se aplica a aviones, submarinos y otros vehículos militares. Una de las ventajas clave de emplear una composición hipóxica de extinción de incendios en vehículos militares es que proporciona un entorno interno seguro frente a incendios para el soldado, aun cuando la munición penetre en el vehículo.
Las composiciones hipóxicas de prevención de incendios y los métodos que emplean la tecnología FirePASS garantizan que no comenzará un incendio en ninguna circunstancia.
La figura 25 es una vista esquemática de una estación 251 espacial que emplea una composición hipóxica respirable de prevención de incendios como su atmósfera interna permanente. El sistema 252 de regeneración de aire recoge continuamente el aire espirado de los habitantes de la estación. Entonces proporciona una atmósfera de prevención de incendios cómoda con un contenido en oxígeno de o inferior al umbral hipóxico (nivel del 15% recomendado). El principio de funcionamiento de este sistema se muestra esquemáticamente en la figura 23.
La mayor ventaja de poner en práctica una composición respirable de prevención de incendios en un entorno hermético ocupado por seres humanos es su capacidad para mantener automáticamente el umbral hipóxico. Una vez introducido, el gas nitrógeno inerte de la composición hipóxica siempre estará presente en una atmósfera artificial de este tipo en su concentración original (no se requiere el rellenado ni la regeneración). No puede consumirse por los habitantes ni adsorberse por un sistema de regeneración de aire. Este factor mantiene automáticamente el umbral hipóxico (o un nivel inferior de oxígeno en un intervalo respirable) en una atmósfera artificial hermética que se está manteniendo a presión barométrica constante.
La figura 26 presenta una vista esquemática de un buque 261, tal como un buque cisterna, un buque de carga, un trasatlántico o un buque militar. Un barco no puede protegerse completamente mediante una atmósfera de prevención de incendios, ya que algunas salas deben ventilarse frecuentemente con aire normóxico. En consecuencia, el Marine FirePASS debe instalarse en modo doble. El FirePass (que funciona en su modo de supresión) puede proteger las salas que frecuentemente se abren y/o se ventilan. A continuación se facilita una breve lista del modo de funcionamiento apropiado de operación en una zona dada:
- circuito de supresión de incendios (por ejemplo, sala de máquinas y del personal de cubierta superior)
- circuito de prevención de incendios (por ejemplo, zona de carga líquida o seca, arsenal, salas de almacenamiento de hardware y centro informático a bordo de un buque militar).
El Marine FirePASS consiste en un generador 262 hipóxico que introduce aire ambiental y suministra la composición hipóxica respirable de prevención de incendios a través del circuito 263 de prevención de incendios. Las boquillas 264 de descarga se ubican en cada compartimento de hardware militar o carga. El sistema mantiene constantemente una atmósfera de prevención de incendios a través del suministro continuo de aire con un contenido en oxígeno inferior al umbral hipóxico. El aire en exceso sale a través de aberturas de ventilación simples o válvulas de igualación de la presión (no mostradas).
El circuito de supresión de incendios del Marine FirePASS consiste en un recipiente 265 a alta presión, un compresor 266 y tuberías 267 de distribución. Las boquillas 268 están ubicadas en cada sala, más en cualquier zona adicional cubierta por el circuito.
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El principio de funcionamiento de Marine FirePASS se muestra esquemáticamente en la figura 27. El generador 262 introduce el aire ambiental, extrae oxígeno, y después suministra la fracción con reducción de oxígeno al circuito 271 de prevención de incendios. La zona 272 cubierta se ventila constantemente con aire hipóxico fresco que sale al entorno 272 protegido a través de un orificio 273 de ventilación.
La composición de supresión de incendios se mantiene a alta presión mediante un compresor 266 en un recipiente 265 de almacenamiento. En caso de incendio, un iniciador electroexplosivo descrito anteriormente acciona una válvula 274 de liberación. Esto hace que la composición hipóxica de supresión de incendios del recipiente 265 sustituya (o diluya) la atmósfera en la zona 275 de circuito de supresión de incendios. En consecuencia, se establece una atmósfera respirable de supresión de incendios con un contenido en oxígeno por debajo del umbral hipóxico (preferiblemente entre el 10% y el 14%) por todo el circuito.
Sistema de supresión de incendios para aviones avanzado
El Aircraft Fire Suppression System (sistema de supresión de incendios para aviones) (AFSS) descrito en el resto de este documento representa una solución práctica, altamente fiable y económica para el problema de la supresión de incendios a bordo de cualquier avión, especialmente en los aviones de pasajeros actuales que requieren la presurización a un altitud de 2-3 km, lo que representa una modificación de la realización mostrada anteriormente en la figura
21.
La figura 28 muestra una vista esquemática en corte transversal de una cabina 281 de avión de pasajeros que tiene un recipiente 282 de almacenamiento de agente gaseoso AFSS (sistema de supresión de incendios para aviones) instalado en el lóbulo del cuerpo superior detrás del techo.
Algunos diseños de aviones no proporcionan espacio suficiente para instalar el recipiente 282 en el lóbulo del cuerpo superior. En tales casos, el recipiente 282 puede estar instalado en el lóbulo del cuerpo inferior o en cualquier lugar en el cuerpo del avión. El recipiente 282 puede tener cualquier forma y aspecto (puede instalarse en múltiples cantidades como paneles de aislamiento bajo el revestimiento del avión). Para un avión existente, con el fin de reducir el coste de la conversión, puede instalarse en uno de los recipientes de carga aérea convencionales que se ajusta en la bodega de carga del avión.
La realización más preferida del recipiente 282 consiste en un revestimiento 283 de material compuesto, metal o plástico, rígido y ligero que contiene dentro una bolsa 284 blanda de almacenamiento de gas inflable compuesta por un material compuesto o sintético, fino y liviano. Durante el funcionamiento normal del avión, la bolsa 284 de almacenamiento se infla y contiene bajo una presión menor un agente respirable de supresión de incendios que consiste en aire hipóxico (con reducción de oxígeno) con un contenido aumentado en dióxido de carbono. Utilizando terminología más precisa, el agente de supresión de incendios de AFSS consiste en una mezcla de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono con la posible adición de otros gases atmosféricos, en la que el nitrógeno puede sustituirse en parte o completamente por otro gas o mezcla gaseosa inerte.
El contenido en oxígeno en la atmósfera hipóxica respirable de supresión de incendios de la cabina presurizada una vez que se está liberando el agente de supresión de incendios debe ser inferior al umbral hipóxico del 16,8%, y preferiblemente en el intervalo de desde el 14%-16% (dependiendo del nivel de presurización dentro del avión) o inferior para algunos casos especiales descritos adicionalmente más adelante. El contenido en dióxido de carbono en esta atmósfera interna debe ser de aproximadamente el 4-5%. El resto de la mezcla gaseosa (79%-82%) consiste en nitrógeno y otros gases atmosféricos.
La figura 29 ilustra esquemáticamente el principio de funcionamiento de AFSS que está asociado directamente con los detectores 285 térmicos o de humo distribuidos por toda la cabina 281 presurizada. Una señal procedente de un detector 285 abre una válvula 286 de liberación automática local (o todas a la vez, si se desea) y también se transmite al panel de control principal, que automáticamente enciende el ventilador 287 que hace funcionar el AFSS. Con el fin de aumentar la fiabilidad del sistema, una señal procedente de cualquier detector 285 debe abrir todas las válvulas 286 de liberación. Sin embargo, en algunos casos, un detector 285 que detecta fuego o humo puede abrir en primer lugar sólo una válvula local o grupo de válvulas 286.
La apertura de las válvulas 286 de liberación da como resultado la rápida introducción del agente hipóxico de supresión de incendios desde la bolsa 284 de almacenamiento hacia la cabina 281 presurizada. Al mismo tiempo, un ventilador 287 de alta eficacia aspira aire contaminado con humo de la cabina a través del sistema 289 de recogida de aire y lo presuriza en el recipiente 282 desinflando la bolsa 284 completamente y forzando toda la cantidad de agente hipóxico contra incendios fuera de la bolsa 284 y hacia la cabina 281, mediante el conducto 288 y las válvulas 286 de liberación.
Como opción, con el fin de eliminar los rastros de humo y otros productos de la pirolisis procedentes del aire de la cabina, el sistema 289 de recogida de aire que se hace funcionar mediante el ventilador 287 puede continuar funcionando incluso una vez que la bolsa 284 se ha desinflado completamente. En este caso, la presión dentro del recipiente 282 se elevará hasta un cierto valor controlado por una válvula de alivio opcional (no mostrada en el presente documento) que libera la mezcla gaseosa en exceso hacia la atmósfera exterior.
Durante el funcionamiento normal del avión, el recipiente 282 se comunica con la cabina 281 presurizada a través del ventilador 287, lo que permite la igualación de su presión durante un vuelo.
Se recomienda que el agente hipóxico debe liberarse en el interior de todos los espacios de la cabina simultáneamente. Sin embargo, con el fin de reducir el tamaño del recipiente 282, la liberación del agente hipóxico contra incendios puede limitarse al espacio en el que se detectó el humo o el fuego. Dado el tiempo de reacción de AFSS inferior a un segundo, esto debe ser más que suficiente para suprimir un incendio localizado. Si es necesario, la cabina 281 presurizada también puede separarse en diferentes secciones mediante cortinas de división, tal como se describe en las realizaciones mostradas en las figuras 11, 15 y 16.
Las boquillas 286 de descarga están equipadas cada una con una válvula de liberación que tiene un iniciador eléctrico o electroexplosivo. El funcionamiento manual también es posible en caso de fallo de alimentación (un miembro de la tripulación puede tirar para abrir la válvula de liberación más cercana, si es necesario). Se dispone de válvulas de tipo de disco de ruptura o solenoide, iniciadores y detectores adecuados de varios proveedores de equipo contra incendios.
La válvula 290 de alivio, instalada generalmente en un avión, da garantías de que la presión barométrica dentro de la cabina 281 se mantendrá dentro de los límites de seguridad durante la liberación del agente hipóxico de extinción de incendios. Es necesario apagar el sistema de ventilación (no mostrado en el presente documento debido a su complejidad) de la cabina 11 cuando se inicia el AFSS. El sistema de ventilación puede encenderse de nuevo tras 5-10 minutos, que es más que suficiente para detectar la fuente del incendio suprimida y evitar que se vuelva a encender.
Aunque la figura 29 muestra el AFSS al comienzo del despliegue, la figura 30 muestra la misma realización cerca del final, cuando la bolsa 284 de almacenamiento de gas está casi desinflada y el incendio está extinguido.
Con el fin de simplificar el AFSS, las válvulas 286 de boquilla de descarga locales pueden sustituirse simplemente por una válvula principal en la parte superior de las tuberías 288 de suministro, tal como se muestra en las figuras 31 y 32.
La realización presentada en las figuras 31 y 32 muestra la misma solución, pero utilizando dos bolsas 302 y 303 inflables instaladas en un recipiente o estructura 304 no hermética que sólo es necesaria con el fin de mantener ambas bolsas en su sitio. Cuando se despliega el AFSS, el ventilador 307 bombea aire desde la cabina 301 hacia el interior de la bolsa 303 que está inicialmente desinflada. Cuando se infla, la bolsa 303 aplica presión sobre la bolsa 302 que ya comienza a descargar el agente hipóxico de supresión de incendios a través de la válvula 311 y las boquillas 306. La válvula 311 se abre mediante una señal procedente de los detectores 305 de fuego/humo o manualmente por un miembro de la tripulación. El inflado de la bolsa 303 desinflará completamente la bolsa 302 permitiendo que todo el gas salga fuera del sistema. La válvula 310 de alivio de la presión garantizará la presión deseada en la cabina 301.
El agente respirable de supresión de incendios debe estar disponible a bordo del avión en una cantidad suficiente para un intercambio de aire completo en la cabina, si es posible. El contenido en oxígeno inicial en el agente contra incendios y su presión de almacenamiento en la bolsa 14 pueden variar. Esto depende de la disponibilidad de espacio de almacenamiento a bordo del avión. En cualquier caso, estos parámetros se calculan de tal manera que cuando se libera el agente contra incendios, se proporcionará una atmósfera de supresión de incendios a bordo con un contenido en oxígeno de aproximadamente el 15%. La presión de almacenamiento de gas puede variar desde la atmosférica convencional hasta 2-3 bares o incluso superior.
Una vez que se ha desplegado el AFSS, el sistema de suministro de aire fresco en la cabina debe apagarse automáticamente. También se recomienda no utilizarlo durante el resto del vuelo. Esto permitirá mantener la atmósfera de extinción de incendios en caso de que el fuego se reanude, lo que normalmente se produce durante los incidentes eléctricos. Puede añadirse aire fresco en cantidades controladas exactas con el fin de mantener el contenido en oxígeno en la atmósfera de la cabina entre el 15% y el 16%.
El agente hipóxico de extinción de incendios puede generarse en vuelo, si es necesario, por un generador hipóxico a bordo fabricado por Hypoxico Inc., o el vehículo 22 de servicio en tierra mostrado en la figura 22 puede rellenar el sistema. Este vehículo está equipado con un generador hipóxico y cilindros con dióxido de carbono almacenado. El principio de funcionamiento del generador hipóxico se explicó en su totalidad anteriormente en este documento y en las solicitudes de patente previas facilitadas anteriormente. El vehículo 222 proporciona servicio en tierra sobre el AFSS y, si es necesario, el rellenado del sistema con la composición respirable de extinción de incendios. Esta composición consiste en una mezcla de gases de aire hipóxico generados en el sitio a partir de aire ambiental y dióxido de carbono añadido a la mezcla. El generador hipóxico utiliza la tecnología de adsorción en tamiz molecular que permite extraer una parte precisa de oxígeno del aire ambiental y proporcionar aire con reducción de oxígeno con un contenido en oxígeno exacto. La concentración de oxígeno en la composición de extinción de incendios puede variar desde el 16% hasta el 1% o incluso inferior, y siempre está predeterminada de modo que cuando se libera, la atmósfera en la cabina del avión contendrá aproximadamente el 15% de oxígeno (puede ser inferior para los vehículos
militares).
La atmósfera hipóxica con un contenido en oxígeno del 15% a una presión barométrica de 2,5 km es absolutamente segura para el público general (incluso sin oxígeno complementario) durante el tiempo necesario para localizar y controlar la fuente del incendio (al menos 15 minutos) o para que el avión descienda hasta una altitud inferior, lo que aumentará la presión barométrica a bordo y contrarrestará el efecto de la hipoxia.
Sin embargo, la adición de sólo el 4-5% de dióxido de carbono a la mezcla gaseosa hipóxica permitirá mantener una atmósfera hipóxica de supresión de incendios durante horas sin efectos secundarios negativos en la salud de los pasajeros.
El diagrama presentado en la figura 33 ilustra la varianza de la saturación de oxígeno de la hemoglobina cuando se relaciona con la disminución en el contenido en oxígeno en el aire inspirado del ambiente del 20,9% al 10% en las siguientes dos condiciones:
a) A contenido en dióxido de carbono atmosférico ambiental del 0,035% y
b) A contenido en dióxido de carbono aumentado del 4%.
Esta ilustración se confirma mediante los resultados de una extensa investigación "CO_{2} - O_{2} Interactions In Extention Of Tolerance To Acute Hypoxia" (Interacciones CO_{2} - O_{2} en la extensión de la tolerancia a la hipoxia aguda) realizado para la NASA en 1995 por el Centro Médico de la Universidad de Pennsylvania (Lambertsen, C.J.)
La curva R ilustra una disminución en la saturación de la oxihemoglobina arterial desde el 98% hasta el nivel de aproximadamente el 70% durante la exposición al 10% de 0_{2} en el aire inspirado que tiene un contenido en dióxido de carbono atmosférico ambiental.
La curva S representa la respuesta fisiológica a la normocapnia restaurada en la hipoxia cuando se añadió un 4% de CO_{2} a la mezcla gaseosa hipóxica inspirada que tenía un 10% de O_{2}. Claramente muestra la eficacia de la adaptación fisiológica aguda inducida por el dióxido de carbono a la hipoxia.
Según el informe de investigación de la NASA: "...el dióxido de carbono puede aumentar el flujo de sangre y la oxigenación en el cerebro mediante la dilatación de los vasos sanguíneos cerebrales. Este aumento del flujo de sangre (oxígeno) proporciona una adaptación aguda beneficiosa a grados de hipoxia por lo demás intolerables".
"En exposiciones hipóxicas, un aumento en la presión de dióxido de carbono arterial puede mantener la oxigenación en el cerebro y el rendimiento mental."
Todo esto confirma que una adición del 4-5% de CO_{2} al agente hipóxico respirable de extinción de incendios puede dar garantías de que el uso de tal agente a bordo de un avión es absolutamente seguro. Además, varios investigadores confirman que la exposición a tal nivel de hipercapnia continuado durante muchos días no produce ningún daño al organismo humano.
La figura 34 muestra un diagrama que representa una respuesta fisiológica promedio a la exposición a la composición hipóxica respirable de supresión de incendios de la invención a una altitud de 2,5 km, lo que corresponde a la presión barométrica a bordo de un avión de pasajeros moderno debido a su presurización a esta altitud.
Durante el vuelo, la saturación de oxígeno promedio de la hemoglobina es de aproximadamente el 96%. Tras aproximadamente 20 minutos después de la liberación de la mezcla gaseosa hipóxica respirable de supresión de incendios, la saturación de la oxihemoglobina arterial puede disminuir en promedio hasta el 93%, tal como se muestra por la curva Q en el diagrama, siempre que la mezcla gaseosa contenga aproximadamente el 15% de O_{2} y el 4% de CO_{2}. Una disminución insignificante de este tipo en la saturación de la oxihemoglobina puede observarse durante un ejercicio moderado al nivel del mal, lo que es absolutamente seguro.
El AFSS permite mantener el entorno hipóxico retardante del fuego durante el resto del vuelo, si es necesario, manteniendo simplemente los sistemas de ventilación y admisión de aire fresco de la cabina presurizada desconectados. El aire fresco puede añadirse automáticamente en cantidades limitadas con el fin de mantener el contenido en oxígeno dentro de la cabina del avión a un nivel de aproximadamente el 16%. Un sistema automático de este tipo puede construirse fácilmente mediante la puesta en práctica de un transductor de oxígeno.
En la actualidad, nuevos materiales compuestos han permitido que se diseñen aviones más ligeros y resistentes sin necesidad de reducir la presión atmosférica interior presurizando a mayores altitudes. Los aviones de este tipo proporcionarán una presión atmosférica convencional a bordo durante el vuelo y también pueden manejar un ligero aumento en la presión interna. Un despliegue del AFSS a bordo de tales aviones inducirá una disminución promedio en la oxihemoglobina arterial de desde el 98% hasta aproximadamente el 95%, los que apenas sería perceptible por un pasajero.
El Hypoxic FirePASS, AFSS y las composiciones hipóxicas respirables de extinción de incendios de la invención pueden emplearse en cualquier espacio cerrado ocupado por seres humanos, incluyendo pero sin limitarse a: salas para el tratamiento de datos, conmutadores de telecomunicaciones, control del proceso y servidores de Internet, instituciones bancarias/financieras, museos, archivos, bibliotecas y colecciones de arte, instalaciones militares y marinas, aviones de pasajeros/militares, vehículos/estaciones espaciales, instalaciones subterráneas/subacuáticas; buques;
instalaciones que funcionan con materiales inflamables/explosivos, centrales nucleares, vehículos y túneles de transporte, complejos de apartamentos y oficinas, hospitales, domicilios particulares y otros objetos aislados ocupados por seres humanos para vivir, trabajar, viajar, practicar deportes, asistir a espectáculos y otras actividades humanas. Se dispone de más información en Internet en: www.firepass.com.

Claims (20)

1. Composición hipóxica respirable prefabricada de prevención de incendios o supresión de incendios para proporcionar una atmósfera respirable de prevención de incendios o supresión de incendios en espacios cerrados, estando dicha composición lista para su uso para inyectarse en dichos espacios y que comprende una mezcla gaseosa que contiene oxígeno y nitrógeno, caracterizada porque dicha mezcla gaseosa contiene más del 12% y menos del 18% de oxígeno para uso permanente como una atmósfera de prevención de incendios; o dicha mezcla contiene más del 10% y menos del 16,8% de oxígeno para uso episódico como un agente de supresión de incendios.
2. Composición según la reivindicación 1, conteniendo dicha atmósfera respirable de prevención de incendios vapores de agua, dióxido de carbono y otros gases atmosféricos en cantidades aceptables para la respiración.
3. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que dicho agente de supresión de incendios contiene suficiente cantidad de dióxido de carbono para contrarrestar la hipoxia en el cuerpo humano, por lo que cuando se libera el agente de supresión de incendios, proporcionará una atmósfera respirable de supresión de incendios con un contenido en oxígeno de hasta el 16% y logrando un contenido en dióxido de carbono de hasta el 5%-10%.
4. Composición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que nitrógeno se sustituye en parte o completamente por otro gas inerte o mezcla gaseosa que tiene propiedades inertes.
5. Sistema para proporcionar una atmósfera respirable de prevención de incendios en espacios cerrados, comprendiendo dicho sistema una estructura envolvente que tiene un entorno (11, 91, 101, 110, 130, 140, 171, 191, 221, 241, 251, 272) interno en ella que contiene una composición respirable de prevención de incendios con un contenido en oxígeno inferior al 18% y una entrada (12, 131, 172, 192) que se comunica con dicho entorno interno, caracterizado porque dicho entorno interno se está ventilando constantemente con una composición respirable prefabricada que tiene un contenido en oxígeno superior al 12% e inferior al 18%, generado recientemente mediante un dispositivo (20, 50, 92, 102, 111, 132, 143, 173, 193, 262) de extracción de oxígeno o regenerado mediante un sistema (223, 232, 242, 252) de soporte vital.
6. Sistema según la reivindicación 5, en el que una salida del dispositivo (20, 50, 92, 102, 111, 132, 143, 173, 193, 262) de extracción de oxígeno se comunica adicionalmente con un recipiente (97, 104, 112, 153, 265) de almacenamiento a alta presión para proporcionar suficiente suministro de dicha composición de extinción de incendios que puede liberarse en dicho entorno interno con el fin de suprimir incendios.
7. Sistema según la reivindicación 5, en el que dicho sistema de soporte vital tiene un módulo de regeneración de aire que elimina la humedad excesiva, el dióxido de carbono, el polvo y otros productos gaseosos de la actividad humana de dicha composición respirable de prevención de incendios; recibiendo constantemente dicho módulo de regeneración dicha atmósfera respirable de prevención de incendios de dicho entorno interno, sustituyendo el dióxido de carbono en exceso por oxígeno y proporcionando dicha composición respirable de prevención de incendios en cantidades necesarias para mantener la calidad de la respiración de dicha atmósfera; conteniendo dicha composición y atmósfera respirable un lastre permanente de nitrógeno u otro gas inerte en un intervalo de desde el 83% hasta 88% introduciéndose en ella inicialmente una cantidad necesaria que tampoco resulta afectada por dicho módulo de regeneración; evitando automáticamente dicho lastre que el contenido en oxígeno aumente por encima del 17%.
8. Sistema para proporcionar una atmósfera respirable de supresión de incendios en espacios cerrados, comprendiendo dicho sistema una estructura envolvente que tiene un entorno (91, 101, 110, 140, 151, 201, 211, 275, 281, 301) interno en él que contiene una atmósfera interna y una entrada que se comunica con dicho entorno interno; caracterizado porque dicho sistema comprende un recipiente (97, 104, 108, 112, 122, 153, 202, 214, 265, 284, 302) de almacenamiento de gas que alberga una composición hipóxica de supresión de incendios que contiene oxígeno en un intervalo de más del 10% e inferior al 16%, y nitrógeno; calculándose la cantidad de dicha composición retenida en o liberada desde dicho recipiente de modo que cuando la composición se libera hacia dicho espacio cerrado, proporciona una atmósfera respirable de supresión de incendios que tiene una concentración de oxígeno en un intervalo de desde el 10% hasta el 16%.
9. Sistema según la reivindicación 8, en el que dicho recipiente de gas contiene dicha atmósfera de composición a una presión barométrica alta, preferiblemente superior a 10 bares, y que la libera cuando se recibe una señal de un equipo (98, 125, 159, 285, 305) de detección de fuego y humo.
10. Sistema según la reivindicación 8 ó 9, en el que dicho recipiente que tiene una válvula (107, 123, 274, 286, 311) de liberación accionada mediante un iniciador activado mediante dicha señal; teniendo dicho recipiente boquillas (95, 106, 114, 146, 154, 175, 195, 204, 213, 268, 306) de liberación de gas conectadas directamente o a través de tuberías (94, 105, 109, 113, 145, 152, 174, 194, 203, 212, 267, 288, 308) de distribución de gas; teniendo dichas boquillas un dispositivo de reducción de ruido con el fin de reducir el nivel de sonido procedente de la liberación de la composición.
11. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que dicho recipiente (97, 104, 112, 153, 265) está instalado en combinación con un dispositivo (92, 102, 11, 157, 262) de extracción de oxígeno y recibiendo dicha composición gaseosa de él, manteniéndose constantemente la composición a la presión barométrica seleccionada mediante dichos dispositivos y/o compresor (103, 158, 266) intermedio a alta presión.
12. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 11, en el que dicho recipiente es un recipiente (121, 202, 214) no empotrado autónomo que tiene un sistema individual de detección de fuego y/o humo que inicia la liberación de dicha composición gaseosa en caso de incendio.
13. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12, comprendiendo dicho sistema múltiples particiones (115, 155) de aislamiento que definen segmentos (A, B, C, D) seleccionados del espacio interior; pudiéndose cerrar selectivamente dichas particiones de aislamiento en caso de incendio de modo que cuando están cerradas, los segmentos están sustancialmente aislados entre sí y del entorno exterior.
14. Sistema según la reivindicación 13, en el que dichas múltiples particiones (115, 155) de aislamiento son cortinas inflables descendentes que normalmente se mantienen desinfladas y plegadas en portacortinas (116, 156) instalados bajo el techo en todo el espacio interior; estando compuestas dichas cortinas descendentes por un material sintético transparente y blando en forma de faldones inflables por lo que cuando se inflan, proporcionan una obstrucción suficiente para la corriente de aire o cualquier movimiento de aire sustancial en los segmentos seleccionados; inflándose dichas cortinas mediante un gas procedente de un recipiente o dispositivo pirotécnico iniciado mediante una señal procedente del equipo de detección de incendios.
15. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, en el que el espacio interior es el interior de un avión; siendo dicha composición de supresión de incendios una mezcla de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono que tiene una concentración de oxígeno superior al 10% e inferior al 16%, y un contenido en dióxido de carbono superior al 5%; liberándose dicho agente de supresión de incendios dentro de dicho interior en caso de incendio, estando dotada dicha atmósfera respirable de supresión de incendios con un contenido en oxígeno que oscila desde el 10% hasta el 16% y un contenido en dióxido de carbono de aproximadamente del 4% al 5%, por lo que el sistema comprende un sistema (285, 305) de detección de fuego y humo a bordo que inicia el sistema abriendo la(s) válvula(s)
de descarga y apagando el sistema de ventilación del avión.
16. Sistema según la reivindicación 15, en el que dicho recipiente de almacenamiento es un recipiente (284) de almacenamiento flexible inflado con dicha composición de supresión de incendios hasta la presión deseada y ubicado en un recipiente (282) rígido hermético que se está en comunicación con el interior del avión a través de un medio (287) de bombeo de aire; una señal procedente del sistema (285) de detección de incendios a bordo abre la(s) válvula(s) (286) de descarga, liberando el agente de supresión de incendios del recipiente de almacenamiento hacia el interior del avión mientras que el medio de bombeo de aire comienza a bombear el aire contaminado con humo desde el interior del avión hacia dicho recipiente rígido, creando de esta forma una presión positiva fuera del recipiente de almacenamiento y forzando a la totalidad de la cantidad del agente contra incendios fuera de él; liberándose la cantidad en exceso de dicha atmósfera de supresión de incendios, si es necesario, hacia la atmósfera exterior a través de una válvula (290) de alivio de presión.
17. Sistema según la reivindicación 16, en el que dicho recipiente de almacenamiento es un recipiente (302) de almacenamiento flexible inflado con dicha composición de supresión de incendios hasta la presión deseada y está ubicado en un recipiente (304) rígido no hermético que tiene un recipiente (303) flexible adicional dentro que se desinfla y se comunica con el interior (301) del avión a través del medio (307) de bombeo de aire que bombea en caso de aire contaminado con fuego o humo procedente del interior del avión hacia dicho recipiente (303) desinflado adicional que mientras se está desinflando, aplica presión positiva sobre el recipiente (302) de almacenamiento y fuerza a la totalidad de la cantidad del agente contra incendios fuera de él.
18. Método para proporcionar una atmósfera respirable de prevención de incendios o supresión de incendios en espacios cerrados caracterizado porque se admite una composición hipóxica de prevención o supresión de incendios según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el espacio cerrado ocupado por seres humanos.
19. Método según la reivindicación 18, en el que el aire en el espacio cerrado se sustituye completa o parcialmente por dicha mezcla gaseosa creando una atmósfera respirable de prevención de incendios estacionaria que tiene un contenido en oxígeno superior al 12% y inferior al 18% y un contenido en nitrógeno inferior al 88%; suministrándose constantemente dicha composición en cantidades suficientes para la ventilación de dicho espacio cerrado con el fin de mantener la calidad de la respiración de la atmósfera.
20. Método según la reivindicación 18, en el que el aire en el espacio cerrado se sustituye completa o parcialmente por dicha mezcla gaseosa creando una atmósfera respirable de supresión de incendios que tiene un contenido en oxígeno superior al 10% e inferior al 16,8% y un contenido en nitrógeno inferior al 92%.
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