Investigación de la dispersión del humo en incendios de tejados fotovoltaicos

Científicos de Japón y Canadá han evaluado la dispersión del humo provocado por el viento en incendios de tejados fotovoltaicos en una configuración de túnel de viento, utilizando modelos de construcción a escala reducida 1:15 de un prototipo de vivienda en Quebec.

“La dispersión del humo de los incendios en tejados con energía fotovoltaica plantea importantes problemas de seguridad en relación con la exposición de los residentes”, afirma el grupo. “Por lo tanto, es esencial investigar el fenómeno de la dispersión del humo generado por los incendios en tejados con energía fotovoltaica, en particular a través de aberturas en los tejados como las claraboyas”.

Para su estudio a pequeña escala, los investigadores utilizaron helio como sustituto del humo de un incendio real, ya que este elemento químico permite realizar pruebas en un túnel de viento no ignífugo. Para ello, desarrollaron nuevas ecuaciones de similitud entre el humo y el helio y una ley de escala.

Esas ecuaciones permitieron a los académicos equiparar la temperatura adimensional del humo a la fracción molar adimensional del helio. La temperatura adimensional se refiere a una medida relativa, eliminando la necesidad de una unidad precisa como Celsius o Kelvin.

El modelo a pequeña escala medía 53 cm de largo, 75 cm de ancho y 40 cm de alto, lo que representa una casa a escala real de 8 metros de largo, 11,2 metros de ancho y 6 metros de alto. El humo simulado podía entrar a través de un tragaluz con unas dimensiones de 24 cm por 8 cm en el modelo, lo que representaba 3,6 metros por 1,2 metros a escala real.

La dispersión del humo se probó en viviendas a pequeña escala con diferentes ángulos de tejado de 0 grados, 15 grados, 30 grados, 45 grados y 60 grados. En cada ángulo, se probaron tres velocidades diferentes del viento entrante. Los investigadores probaron el modelo con distintos índices de liberación de calor (HRR) con vientos que soplaban a 5,16 metros por segundo en un tejado de 0 grados.

“Al comparar los resultados de los distintos ángulos del tejado, el de 15 grados se considera peligroso, mientras que los de 45 y 60 grados ofrecen el máximo nivel de seguridad para la prevención de incendios”, explican los investigadores. “Para la azotea de 60 grados, los residentes tienen aproximadamente 12 minutos para evacuar, mientras que para las demás azoteas (menos de 45 grados), los residentes sólo disponen de unos cuatro minutos”.

Los científicos señalaron que, si bien los residentes deberían situarse más abajo durante los incendios de edificios para reducir el riesgo de inhalación de humo, eso puede no ser eficaz en los incendios fotovoltaicos de tejados debido a “la rápida y uniforme infiltración de humo por toda la cámara”.

Los científicos también descubrieron que la reducción de la velocidad del viento aumentaba la infiltración de humo en el edificio. Además, se descubrió que una HRR más alta provocaba una mayor infiltración de humo.

“Los tejados verdes secos tienen una HRR máxima de 200 kW/m2, mientras que los tejados de madera tienen una HRR máxima de 300 kW/m2, respectivamente”, señalaron. “Los incendios de tejados fotovoltaicos tienen una HRR mayor (máx. 500 kW/m2), lo que supone un mayor riesgo”.

Presentaron sus resultados en “Wind-driven smoke dispersion in rooftop photovoltaic fires: An experimental investigation with helium smoke”, publicado recientemente en la revista Journal of Building Engineering. La investigación fue llevada a cabo por científicos del Instituto Tecnológico de Niigata (Japón) y de las universidades canadienses de Sherbrooke y Concordia.

“Los incendios fotovoltaicos en tejados entrañan un riesgo mayor que los incendios normales, debido a la HRR relativamente más alta y a la dispersión del humo”, concluyen los científicos. “Esto indica que, a la hora de diseñar y seleccionar sistemas fotovoltaicos, debe tenerse en cuenta el valor HRR de la fotovoltaica en términos de seguridad contra incendios”.