Detectores lineales: un alto nivel de seguridad contra incendios de objetos .
Los detectores de humo lineales tienen una demanda cada vez mayor en el mercado ruso de seguridad contra incendios. Tal popularidad está bastante justificada. Con la publicación del «Reglamento técnico sobre requisitos de seguridad contra incendios», este es uno de los pocos tipos de detectores de incendios que pueden proteger objetos de hasta 21 m de altura (de acuerdo con el conjunto de reglas SP 5.13130.2009). Hay una detección más temprana del fuego mediante un detector lineal en comparación con los detectores de humo puntuales en condiciones reales, así como una alta eficiencia de detección de humo blanco (de madera ardiendo, textiles) y negro (de plástico, caucho, aislamiento de cables, etc.) .
Los detectores de humo lineales son indispensables para proteger talleres de producción, almacenes, hangares, túneles, gimnasios, etc., donde la instalación de detectores puntuales es difícil y, a veces, incluso imposible o poco práctica por razones económicas. El artículo, presentado a los lectores, examina este tipo de detector desde el punto de vista del principio de funcionamiento, el diseño y sus características, y también compara la eficiencia de detección de los detectores de humo lineales y puntuales.
Principio de funcionamiento y opciones de diseño
Arroz. 1 Principio de funcionamiento de un detector lineal de dos componentes El principio de funcionamiento de un detector lineal se puede entender en la Figura 1. En las paredes opuestas de la habitación protegida, debajo del techo, se encuentran un receptor y un transmisor de señales infrarrojas. El rango de infrarrojos se utiliza para reducir las interferencias de la iluminación natural y artificial, y se utiliza una señal pulsada para reducir el consumo de corriente. La señal del transmisor es detectada por el receptor. En caso de incendio, el humo sube hasta el techo y se “esparce” por él, aumentando gradualmente la superficie ocupada por él. El paso de las señales del transmisor a través de un ambiente lleno de humo va acompañado de su atenuación. El receptor calcula la relación entre el nivel del valor de la señal actual y el nivel de la señal correspondiente al medio ópticamente transparente. Tan pronto como la relación alcanza el umbral establecido, se genera una señal de «Fuego», que se transmite a través de un bucle al panel de control (PKP).
Hoy en día, existen dos opciones principales de diseño para detectores lineales. Se trata de detectores de dos posiciones o de dos componentes y detectores de una sola posición o de un solo componente. Para un detector de dos posiciones, el receptor y el transmisor se fabrican en carcasas separadas y se instalan en paredes opuestas durante la instalación, como se muestra en la Fig. 1.
Los detectores de posición única son más modernos y constan de una unidad transceptora y un reflector pasivo. El principio de funcionamiento de un detector de dos componentes se describió anteriormente. El principio de funcionamiento de un detector lineal de un solo componente se diferencia de uno de dos componentes solo en que la señal del pulso pasa dos veces por el área controlada: desde el transceptor hasta el reflector y viceversa (Fig. 2).
Arroz. 2 Principio de funcionamiento de un detector lineal de un solo componente
Características de diseño
Debido a sus características de diseño, los detectores de dos posiciones tienen una serie de desventajas .
Los detectores lineales de alta calidad utilizan sistemas ópticos con patrones direccionales bastante estrechos, lo que genera ciertas dificultades durante el ajuste y el funcionamiento. El resultado de ajustar el detector lineal es encontrar posiciones del receptor y del transmisor que aseguren la máxima señal transmitida. En el caso de los detectores de dos posiciones, este proceso requiere mucha mano de obra. Durante el funcionamiento, cambiar la posición del receptor o transmisor provoca una desviación en el patrón direccional y, como resultado, una disminución en el nivel de la señal y la formación de una falsa alarma; solo hay una salida en tal situación — reajuste. En consecuencia, el receptor y el transmisor de un detector de dos componentes solo pueden instalarse en estructuras permanentes.
Además, para un detector de dos componentes, es necesario garantizar un nivel de señal del transmisor estable en todo el rango de temperaturas de funcionamiento y voltajes de suministro, ya que una disminución en el nivel de la señal del transmisor conducirá a la formación de una señal falsa de «Fuego». . Para garantizar el funcionamiento de detectores de dos componentes en diferentes rangos, generalmente es necesario utilizar varios niveles de señal del transmisor y ajustar la ganancia del receptor, lo que crea dificultades adicionales durante la configuración y el ajuste. Otra desventaja importante es la necesidad de conectar tanto el transmisor como el receptor a una fuente de alimentación, lo que conlleva un importante consumo de cable, que suele superar la distancia entre el receptor y el transmisor. Además, al instalar varios detectores lineales en paralelo en una habitación, es necesario evitar que las señales de los transmisores vecinos lleguen al receptor. En este caso, algunos fabricantes recomiendan instalar receptores y transmisores de forma escalonada, lo que conlleva trabajos de instalación adicionales y un mayor consumo de cable. Además, la instalación de esta parte del bucle suele ser difícil debido a los techos altos o a la necesidad de cableado oculto.
Casi todas estas desventajas están ausentes en los detectores de humo lineales de una sola posición (Fig. 2). Colocar el receptor y el transmisor en un bloque brinda la capacidad de seleccionar automáticamente el rango de medición del nivel de señal durante el ajuste, ajustar automáticamente el nivel de radiación del transmisor y la ganancia del receptor según el rango del área controlada.
El reflector de estos detectores es pasivo, es decir, no requiere suministro de energía ni ajuste. Esta característica le permite reducir varias veces el consumo de cable y la complejidad de instalación y ajuste. El reflector en sí es un reflector que consta de una gran cantidad de prismas, cuya estructura garantiza la reflexión de la señal en la dirección de la fuente. El reflector permite la instalación en estructuras no permanentes e incluso vibrantes. En los detectores modernos de una sola posición, la posición del reflector se puede cambiar dentro de ±10°. En ángulos grandes, se produce una disminución en el nivel de la señal reflejada debido a una disminución en el área equivalente del reflector. Además, los detectores modernos de una sola posición tienen selección de señales en el tiempo, lo que permite el uso de un reflector para dos o tres detectores (si están ubicados muy juntos). Esto puede ser especialmente cierto si los detectores generan una señal para controlar la automatización del edificio, el sistema de extinción de incendios o el sistema de alerta tipo 5.
La sensibilidad y su control
La sensibilidad de un detector lineal se determina de manera similar a la de un detector óptico puntual, pero se caracteriza por el valor de la densidad óptica del medio para el rango máximo establecido en el que se activa el detector. Los requisitos para dichos detectores se definen en la parte 4.9 «Detectores de humo lineales óptico-electrónicos» de GOST R 53325-2009. Según estos requisitos, la sensibilidad del detector lineal debe estar en el rango de 0,4 dB a 5,2 dB. En la documentación técnica del detector, su sensibilidad puede indicarse como un porcentaje de atenuación de la señal, lo que es especialmente típico de los fabricantes occidentales. En general, puedes convertir una unidad a otra usando la siguiente fórmula; una disminución de la señal en un ∆% corresponde a una atenuación de L dB:
L = 10lg[100/(100 ∆ 8212; ∆ ;%)]dB (1)
La Tabla 1 muestra un ejemplo de cálculo utilizando la fórmula (1).
Tabla 1
Los detectores lineales modernos tienen varios umbrales de sensibilidad y compensación de polvo óptico, lo que permite tener en cuenta las condiciones de funcionamiento, eliminar falsas alarmas y reducir los costes de mantenimiento.
Al alcanzar el límite del rango de compensación automática, dichos detectores generan una señal separada de “Mantenimiento”, que indica la necesidad de mantenimiento (Fig. 3).
Arroz. 3 Sistema óptico de compensación de polvo En el segmento de los detectores económicos, incluso hoy en día se pueden encontrar detectores lineales sin compensación óptica automática de polvo. Cuando hay polvo durante el funcionamiento, estos detectores son susceptibles a falsas alarmas, cuya eliminación requiere un mantenimiento más frecuente. Como resultado, los ahorros iniciales en equipos se ven compensados por un mantenimiento más frecuente.
Los detectores occidentales de posición única de última generación tienen umbrales adaptativos para eliminar falsas alarmas provocadas por un aumento de la densidad óptica en la sala controlada durante el horario laboral (ver Fig. 4).
Arroz. 4 Umbral adaptativo A diferencia de un umbral fijo, con un umbral adaptativo los cambios lentos en la densidad óptica del medio durante el día se compensan dentro de límites especificados. Así, en uno de los detectores lineales más conocidos, además de cuatro niveles de sensibilidad fijos de 25%, 30%, 40%, 50% de atenuación, hay dos niveles adaptativos de 30-50% y 40-50%. Al establecer un umbral adaptativo, por ejemplo, del 30 al 50 %, la sensibilidad en realidad se mantendrá en el 30 % y no será necesario aumentarla al 50 % para eliminar falsas alarmas durante el horario comercial.
Para probar un detector lineal, basta con atenuar la señal según el valor del umbral de respuesta. Como regla general, esto se hace mediante un filtro especial con un cierto valor de transparencia (atenuador), que se instala frente al sistema óptico del transmisor o receptor. Un filtro de este tipo suele tener una estructura periódica, por ejemplo en forma de puntos sobre un material transparente o de agujeros en un material opaco, cuyo diámetro es significativamente menor que las dimensiones del sistema óptico del receptor y del transmisor (Fig. 5). La relación entre el área del filtro opaco y el área total determina el porcentaje de atenuación de inserción.
Arroz. 5 Ejemplo de atenuador de prueba Para controlar la sensibilidad de un detector lineal de dos componentes, basta con tener dos filtros para cada nivel de sensibilidad. Por ejemplo, para controlar un umbral de respuesta del 30%, puede utilizar dos filtros con atenuación del 25% y 35%. Estos filtros son los dispositivos más simples y generalmente se incluyen en detectores lineales de alta calidad fabricados en Occidente. Los filtros ópticos proporcionan una verificación completa de la funcionalidad del detector lineal durante el funcionamiento.
Para probar un detector de un solo componente, también puede utilizar filtros ópticos de tamaños apropiados, que se instalan delante del transceptor o delante del reflector. Sin embargo, en un detector lineal de un solo componente, es más conveniente introducir atenuación de la señal «sombreando» un área determinada del reflector (Fig. 6).
Arroz. 6 Sombrear el reflector A menudo surge la pregunta: ¿por qué es necesario cubrir más de la mitad del área del reflector para simular una atenuación de la señal en un 30%, y para un 50% —? aproximadamente 3/4 del área? No hay error aquí, ya que en un detector lineal de un solo componente, a diferencia de uno de dos componentes, la señal pasa dos veces por la zona controlada: del transceptor al reflector y viceversa. En consecuencia, en caso de humo real, al debilitar la señal en 3 dB (en un 50%), una señal debilitada en 6 dB (en un 75%) regresará al transceptor. Un cálculo simple para un reflector sin escala: por ejemplo, el nivel de sensibilidad establecido es del 30%, cuando la señal se debilita en un 30%, el 70% de la señal llegará al reflector, es decir, 0,7 del nivel original, y en el hacia atrás también habrá 0,7 del reflejado por el reflector, y el retorno total será 0,7 x 0,7 = 0,49, o 49%, la atenuación será 1 – 0,49 = 0,51, es decir, 51%. Este efecto muestra que la sensibilidad potencial de un detector lineal de un solo componente es el doble que la de uno de dos componentes y, en realidad, cuando se establece la misma sensibilidad, la inmunidad al ruido también es mayor debido a la duplicación de la sensibilidad. límite.
Eficiencia de detección
Las pruebas incorrectas de un detector de humo lineal, incluso por parte de instaladores experimentados, llevan a conclusiones falsas sobre su menor sensibilidad en comparación con un detector óptico-electrónico puntual. De hecho, si se prueba un detector puntual utilizando humo de cigarrillo, que entra en la cámara óptica y crea concentraciones irreales de humo en ella, el detector se activa rápidamente, pero con humo similar en el filtro de luz de un detector lineal, no se produce tal reacción. se observa. Estas pruebas no pueden mostrar el rendimiento de un detector lineal o puntual, ya que el humo en un pequeño volumen de la habitación cerca de los detectores no reproduce ni remotamente los procesos físicos que acompañan a un incendio real.
Para comprender completamente esta cuestión, es necesario comparar la respuesta de los detectores ante un incendio real. Por tanto, conviene recurrir a las pruebas de fuego. La metodología para su implementación se establece en la norma europea EN 54 para detectores de humo puntuales en la parte 7 y lineal en la parte 12, así como en nuestro GOST R 53325-2009 en el Apéndice H “Pruebas de incendio de detectores de incendios”. Vale la pena señalar que en Europa las pruebas de incendio son obligatorias para la certificación de los detectores, y en Rusia sólo «al poner en producción, cambiar el diseño o el diagrama del circuito eléctrico de los detectores». No describiremos la metodología en sí en detalle, solo nos detendremos en sus puntos principales.
Arroz. 7 Hogar TP-3 Hay seis tipos de fuegos de prueba: TP-1 — quema de madera al aire libre, TP-2 — leña humeante, TP-3 — algodón humeante, TP-4 — quema de poliuretano, TP-5 — quema de heptano y TP-6 - quema de alcohol.
Los detectores de humo se prueban contra cuatro incendios de prueba TP-2, TP-3, TP-4, TP-5. Cada centro de pruebas no sólo consta de un determinado material, sino que también tiene una configuración y unas dimensiones muy concretas.
Por ejemplo, el hogar TP-3 consta de aproximadamente 90 mechas de algodón, de 800 mm de largo y con un peso aproximado de 3 g cada una, unidas a un anillo de alambre de 100 mm de diámetro suspendido sobre un trípode (ver Fig. 7). Los extremos de las mechas colocadas en un haz se prenden fuego con una llama abierta, luego se apaga la llama hasta que aparece una combustión lenta, acompañada de un resplandor.
Las pruebas se llevan a cabo en una habitación de 9 a 11 m de largo, 6 a 8 m de ancho y 3,8 a 4,2 m de alto, en cuyo centro se encuentra un fuego de prueba en el suelo. Los detectores puntuales probados están ubicados en el techo en un círculo a una distancia de 3 m de su centro en un sector de 60° (ver Fig. 8). Aquí también se instalan un medidor de densidad óptica del medio m (dB/m), un medidor de radioisótopos para la concentración de productos de combustión Y (unidades relativas) y un medidor de temperatura T (°C). Los dos detectores lineales sometidos a prueba están ubicados simétricamente y sus ejes ópticos están ubicados a una distancia de 2,5 m del centro de la habitación.
Arroz. 8 Dimensiones de la sala y disposición de los detectores Para cada tipo de incendio de prueba se establecen los valores límite de densidad óptica m, temperatura T y concentración de productos de combustión Y.Para poder realizar comparaciones es necesario evaluar la sensibilidad de detectores lineales y puntuales en las mismas unidades. La sensibilidad de un detector lineal se determina en unidades de atenuación absolutas, y la sensibilidad de un detector puntual se especifica en unidades específicas, es decir, el valor de atenuación a una distancia de un metro. De acuerdo con la Parte 4.7 “Detectores de humo puntuales ópticos y electrónicos” GOST R 53325-2009, la sensibilidad de los detectores puntuales debe estar en el rango de 0,05 a 0,2 dB/m. Para convertir el valor absoluto de atenuación en unidades específicas de densidad óptica del medio, es necesario dividirlo por la longitud de la zona en metros. En consecuencia, los requisitos para la sensibilidad de un detector de humo lineal de 0,4 dB a 5,2 dB con humo uniforme en una zona de 10 metros corresponden a una densidad óptica específica que oscila entre 0,04 dB/m y 0,52 dB/m, y con una longitud de zona de 100 m, que van desde 0,004 dB/m a 0,052 dB/m. Teóricamente, con una sensibilidad constante, la eficiencia de un detector lineal aumenta a medida que aumenta la longitud de la zona protegida.
A partir de estos resultados se ve claramente que el detector lineal 6500 no depende de la sensibilidad del tipo de humo. Reacciona igualmente bien tanto a los humos ligeros que se desprenden durante la combustión lenta de materiales de madera y textiles como a los humos negros que se desprenden durante la quema de plástico, aislamiento de cables, productos de caucho, materiales bituminosos, etc. A modo de comparación, en la Tabla 3 se muestran los resultados de las manchas de humo. prueba detectores óptico-electrónicos. Estas pruebas se realizaron en diferentes momentos, por lo que existen diferencias en las tasas de aumento de la densidad óptica del medio, la concentración de partículas en suspensión y la temperatura.
Por lo tanto, incluso con techos relativamente bajos (4 m) y una longitud pequeña del haz óptico (5 m), el detector lineal se activa a niveles más bajos de densidad óptica específica del medio en comparación con los detectores ópticos-electrónicos puntuales. Además, si para un detector puntual las condiciones de prueba corresponden a las condiciones de funcionamiento en la mayoría de los objetos con pequeñas desviaciones, entonces para los detectores lineales estas condiciones son las más desfavorables para su funcionamiento. Con un aumento en la longitud de la zona protegida a un nivel de sensibilidad fijo en unidades de atenuación absoluta, el detector lineal se activará, respectivamente, a valores más bajos de la densidad óptica específica. A medida que aumenta la altura de la habitación, los beneficios aumentan aún más, ya que la dispersión del humo a gran altura afecta a un detector lineal en menor medida que a un detector puntual convencional.
No debería sorprender que la sensibilidad de los detectores puntuales en estas pruebas no cumpla con el requisito GOST de 0,05 a 0,2 dB/m. Según EN54, durante las pruebas de incendio, el valor límite de sensibilidad para un detector de humo puntual es de 2 dB/m. Dado que para un detector puntual en condiciones reales, la resistencia aerodinámica de la salida de humos del detector de incendios lo afecta. Un mal diseño de la entrada de humo y de la cámara de humo del detector de incendios, el área relativamente pequeña de la entrada de humo en comparación con el volumen interno del detector, puede provocar una disminución de la sensibilidad en condiciones reales de más de 10 veces. En un grado u otro, este efecto se manifiesta en cualquier detector de humo puntual con cámara de humo y con elementos estructurales de protección contra el polvo. En un detector de humo lineal, este efecto está completamente ausente, ya que el humo ingresa al área controlada sin superar ningún obstáculo.
Conclusión
Los detectores de humo lineales modernos, cuando se instalan y configuran correctamente, proporcionan un alto nivel de protección contra incendios. Son más efectivos que las manchas de humo en instalaciones con áreas largas y techos altos. Son muy eficaces para detectar casi cualquier tipo de incendio con diversos humos: desde madera y textiles ardiendo hasta plástico, caucho, betún y aislamiento de cables en llamas, lo que garantiza la versatilidad de su uso. El uso de un detector lineal de diseño de un solo componente en comparación con uno de dos componentes reduce varias veces la cantidad de trabajo de instalación, el consumo de cable y el tiempo de ajuste.