La extracción de humo es un sistema mecánico o natural que conduce los productos de la combustión desde el área afectada hacia el exterior del edificio.
El humo puede contener:
- Partículas sólidas.
- Gases tóxicos.
- Vapores.
- Monóxido de carbono.
- Productos irritantes.
- Aire a elevada temperatura.
- Residuos de combustión.
Durante un incendio, estos productos se desplazan por efecto de la flotabilidad térmica, las diferencias de presión, el viento y el funcionamiento de los sistemas de ventilación del edificio.
El control de humo puede desarrollarse mediante mecanismos como la compartimentación, la dilución, el flujo de aire, la presurización y la flotabilidad.
¿Cuál es el objetivo de la extracción de humo?
El sistema puede diseñarse para cumplir uno o varios objetivos:
- Limitar la acumulación de humo.
- Mantener una capa inferior con mejores condiciones.
- Reducir la propagación hacia otros sectores.
- Proteger las rutas de evacuación.
- Mejorar la visibilidad.
- Reducir parcialmente la temperatura.
- Facilitar la intervención de bomberos.
- Evitar que el humo alcance escaleras, vestíbulos o zonas protegidas.
- Controlar la presión del sector afectado.
La extracción no siempre busca eliminar todo el humo. En atrios, centros comerciales y grandes recintos, por ejemplo, puede diseñarse para mantener la capa de humo por encima de una altura determinada.
¿Cómo funciona un sistema de extracción de humo?
El funcionamiento general puede dividirse en varias etapas.
1. Se produce el incendio
Cuando comienza la combustión, el calor generado reduce la densidad de los gases.
Estos gases calientes ascienden y forman una columna conocida como pluma de humo. Cuando alcanzan el techo, se desplazan horizontalmente y pueden formar una capa superior.
La geometría del edificio, la altura del techo, las vigas, los muros y las aberturas modifican su recorrido.
2. El incendio es detectado
El sistema de detección identifica la emergencia mediante dispositivos como:
- Detectores de humo.
- Detectores de temperatura.
- Detectores de llama.
- Sistemas de aspiración.
- Estaciones manuales.
La señal llega al panel de alarma contra incendios, que inicia la secuencia programada.
No todos los equipos deben arrancar necesariamente al mismo tiempo. La lógica dependerá de la estrategia de control, la zonificación y los retardos autorizados.
3. Se identifica la zona afectada
Los edificios pueden dividirse en zonas de control de humo.
Cuando se detecta el incendio, el sistema determina qué sector debe operar en modo de extracción y cuáles deben mantenerse aislados o presurizados.
En un sistema zonificado puede aplicarse:
- Extracción en la zona del incendio.
- Presurización en las zonas contiguas.
- Cierre de compuertas en sectores no involucrados.
- Parada o cambio de modo del HVAC normal.
NFPA describe los sistemas zonificados como combinaciones de extracción en la zona de humo y presurización de sectores adyacentes.
4. Se detiene o reconfigura el sistema HVAC
El sistema de climatización convencional puede facilitar la propagación del humo si continúa recirculando aire entre diferentes ambientes.
Por ello, durante una emergencia pueden ejecutarse acciones como:
- Parar unidades de aire acondicionado.
- Detener ventiladores de retorno.
- Cerrar compuertas cortahumo.
- Cambiar el sentido de funcionamiento.
- Utilizar parte de la red HVAC en modo de control de humo.
La secuencia debe estar definida en la matriz causa-efecto y coordinada con el sistema de detección y alarma.
5. Se abren las compuertas correspondientes
Las compuertas de humo controlan qué conductos quedan conectados con la zona afectada.
En función de la lógica diseñada:
- Se abre la compuerta del sector del incendio.
- Se cierran las compuertas de otros sectores.
- Se habilita la ruta hasta el ventilador.
- Se confirma la posición mediante contactos de supervisión.
Las compuertas que forman parte del sistema deben inspeccionarse y probarse periódicamente conforme a la estrategia de mantenimiento aplicable.
6. Arrancan los ventiladores extractores
Los ventiladores generan una depresión en el sistema y transportan el humo desde el recinto hasta el exterior.
El recorrido habitual es:
- El humo ingresa por rejillas o puntos de captación.
- Circula por conductos resistentes o protegidos según el diseño.
- Atraviesa compuertas y accesorios.
- Llega al ventilador extractor.
- Se descarga en una zona exterior segura.
El ventilador debe seleccionarse considerando tanto el caudal como la presión estática necesaria para vencer las pérdidas de la red.
7. Ingresa aire de reposición
Cuando se extrae aire de un recinto, debe ingresar otro volumen que lo sustituya.
Este ingreso se denomina aire de reposición o make-up air.
Puede incorporarse mediante:
- Puertas.
- Rejillas.
- Fachadas abiertas.
- Conductos de impulsión.
- Rampas.
- Compuertas motorizadas.
- Sistemas mecánicos independientes.
Sin aire de reposición suficiente, el sistema puede producir una depresión excesiva, reducir el caudal real del extractor y generar corrientes incontroladas.
Por tanto, la extracción y el aire de reposición deben calcularse como partes del mismo sistema. Extraer aire sin decidir por dónde ingresará su reemplazo es confiar demasiado en la buena voluntad de la atmósfera.
8. El humo es dirigido hacia el exterior
La descarga debe ubicarse de forma que el humo no vuelva a ingresar al edificio.
Debe evitarse descargar cerca de:
- Tomas de aire exterior.
- Escaleras.
- Salidas de emergencia.
- Ventanas.
- Edificios vecinos.
- Áreas ocupadas.
- Equipos de presurización.
También deben considerarse la dirección del viento, la distancia entre aberturas y la geometría de la cubierta.
Componentes de un sistema de extracción de humo
Un sistema típico puede estar formado por:
- Ventiladores extractores.
- Conductos.
- Rejillas de captación.
- Compuertas cortahumo.
- Compuertas cortafuego y humo.
- Silenciadores, cuando sean compatibles.
- Sistemas de aire de reposición.
- Sensores.
- Tableros eléctricos.
- Variadores de frecuencia, cuando estén permitidos por la estrategia.
- Panel de control.
- Sistema de detección y alarma.
- Fuente de energía de emergencia.
- Cableado resistente al fuego, cuando corresponda.
- Rejillas o chimeneas de descarga.
La confiabilidad depende del funcionamiento coordinado de todos estos elementos. Un ventilador potente no compensa una compuerta cerrada, una rejilla bloqueada o una secuencia de control mal programada.
Tipos de extracción de humo
Extracción mecánica
Utiliza ventiladores para retirar el humo.
Permite controlar con mayor precisión:
- Caudal.
- Presión.
- Zona de operación.
- Tiempo de activación.
- Dirección del flujo.
Es frecuente en:
- Estacionamientos.
- Sótanos.
- Centros comerciales.
- Edificios altos.
- Túneles.
- Naves industriales.
- Recintos sin ventilación natural suficiente.
Extracción natural
Utiliza la flotabilidad del humo para evacuarlo mediante aberturas ubicadas en zonas altas.
Puede emplear:
- Exutorios.
- Ventanas automáticas.
- Lucernarios.
- Compuertas de cubierta.
- Aberturas en fachada.
Su desempeño depende de:
- Temperatura del humo.
- Altura del recinto.
- Área aerodinámica de las aberturas.
- Aire de reposición.
- Viento.
- Geometría del edificio.
Extracción por zonas
El edificio se divide en sectores y solo se extrae humo de la zona afectada.
Esta configuración permite:
- Reducir el tamaño de los equipos.
- Evitar la propagación.
- Concentrar la extracción.
- Presurizar sectores contiguos.
- Controlar la dirección del flujo.
Los modelos multizona permiten analizar diferencias de presión, efecto chimenea y movimiento de humo entre recintos conectados.
Sistemas con jet fans
Los jet fans se utilizan principalmente en estacionamientos y túneles.
En lugar de depender exclusivamente de una red completa de conductos, estos ventiladores generan chorros de aire que impulsan el humo hacia los puntos de extracción.
El sistema normalmente incluye:
- Jet fans.
- Extractores principales.
- Pozos o rejillas de extracción.
- Entradas de aire.
- Sensores.
- Tablero de control.
Su funcionamiento debe comprobarse considerando vigas, columnas, rampas, vehículos y zonas de recirculación.
¿Cómo se calcula el caudal de extracción?
El método depende del tipo de edificio y del objetivo del sistema.
Los criterios pueden basarse en:
- Producción de humo.
- Potencia del incendio.
- Altura de la capa de humo.
- Dimensiones del recinto.
- Renovaciones de aire.
- Control de temperatura.
- Velocidad crítica.
- Volumen del depósito de humo.
- Estrategia de intervención.
No existe una fórmula única aplicable a todos los edificios.
Cálculo por renovaciones
En ciertas aplicaciones se emplea:
Q = N × V
Donde:
- Q: caudal, en m³/h.
- N: renovaciones por hora.
- V: volumen del recinto, en m³.
Este método puede utilizarse para ventilación o purga en aplicaciones específicas, pero no siempre representa adecuadamente el comportamiento del humo durante un incendio.
Cálculo por producción de humo
En atrios y grandes recintos puede calcularse el caudal necesario para retirar el humo generado por la pluma térmica y mantener una altura de capa determinada.
El cálculo considera factores como:
- Tasa de liberación de calor.
- Altura de ascenso.
- Geometría del incendio.
- Presencia de balcones.
- Derrame de humo.
- Temperatura de la capa.
Diferencia entre extracción de humo y ventilación normal
Aunque ambos sistemas retiran aire, tienen objetivos diferentes.
| Extracción de humo | Ventilación normal |
|---|---|
| Opera durante incendios | Opera durante condiciones normales |
| Retira humo y gases calientes | Elimina olores, calor o contaminantes habituales |
| Forma parte de la seguridad contra incendios | Forma parte del sistema HVAC |
| Requiere secuencias de emergencia | Puede controlarse por horarios o sensores |
| Puede necesitar energía de respaldo | No siempre requiere alimentación de emergencia |
| Considera incendios de diseño | Considera ocupación y calidad del aire |
En algunos proyectos una misma instalación puede cumplir ambas funciones, pero debe comprobarse que los equipos, conductos, controles y alimentación satisfagan las condiciones del modo de incendio.
Diferencia entre extracción y presurización
La extracción retira aire del sector afectado y genera una presión menor.
La presurización introduce aire en un recinto protegido y genera una presión mayor.
Por ejemplo:
- Se extrae humo del estacionamiento.
- Se presuriza la escalera.
- Se presuriza el vestíbulo.
- Se mantiene aislado el área segura.
La combinación ayuda a dirigir el aire desde las zonas protegidas hacia la zona del incendio, reduciendo la propagación del humo.
Importancia de la compartimentación
La extracción funciona mejor cuando el humo se mantiene dentro de un sector determinado.
Para ello pueden utilizarse:
- Muros resistentes al fuego.
- Puertas cortafuego.
- Barreras de humo.
- Cortinas de humo.
- Compuertas.
- Depósitos de humo bajo cubierta.
Sin compartimentación adecuada, el humo puede desplazarse hacia otras zonas antes de ser captado.
Cortinas y depósitos de humo
En atrios, almacenes y grandes espacios pueden instalarse cortinas para limitar la propagación lateral del humo.
Estas permiten crear un depósito superior donde el humo se acumula temporalmente antes de ser extraído.
El diseño debe comprobar:
- Profundidad del depósito.
- Temperatura de la capa.
- Caudal de extracción.
- Tiempo de llenado.
- Altura libre inferior.
- Derrame hacia sectores vecinos.
¿Qué ocurre con las puertas?
La extracción modifica las presiones del edificio.
Si la depresión es excesiva:
- Las puertas pueden resultar difíciles de abrir.
- Puede ingresar aire a gran velocidad.
- Puede alterarse la capa de humo.
- El sistema puede aspirar humo desde otros sectores.
- Puede afectar a las escaleras presurizadas.
Por ello, el diseño debe verificar la fuerza de apertura y la interacción con los demás sistemas.
Efecto chimenea en edificios altos
El efecto chimenea es el movimiento vertical del aire provocado por diferencias de temperatura y densidad.
En edificios altos puede causar:
- Ascenso del humo por escaleras y ascensores.
- Cambios de presión entre pisos.
- Propagación por ductos.
- Pérdida de control del sector afectado.
- Variaciones estacionales.
El análisis del efecto chimenea resulta especialmente importante en torres, hospitales y edificios con grandes núcleos verticales. NIST dispone de modelos para evaluar sistemas de control de humo y condiciones de efecto chimenea en edificios altos.
Extracción de humo en estacionamientos
En estacionamientos, el sistema puede cumplir dos modos:
Ventilación normal
Controla gases emitidos por los vehículos.
Modo incendio
Retira humo, dirige el flujo hacia los extractores y facilita la intervención.
El sistema puede incluir:
- Extractores principales.
- Jet fans.
- Sensores de gases.
- Detectores de humo.
- Compuertas.
- Rampas como entradas de aire.
- Tableros de control.
La secuencia de incendio debe tener prioridad sobre el modo normal.
Extracción de humo en atrios
En atrios, el humo asciende y forma una capa bajo la cubierta.
El sistema busca mantener esa capa por encima de:
- Balcones.
- Puentes.
- Rutas de evacuación.
- Pisos ocupados.
- Áreas de intervención.
La extracción puede efectuarse mediante ventiladores o exutorios naturales.
ASHRAE incluye el control de humo en atrios entre los sistemas analizados en su manual especializado de ingeniería de control de humo.
Extracción en edificios con varios sectores
En edificios complejos puede utilizarse una matriz de operación.
Un ejemplo de secuencia sería:
- Se detecta humo en el piso afectado.
- Se detiene el HVAC de la zona.
- Se cierran compuertas de sectores no afectados.
- Se abre la compuerta de extracción del piso.
- Arranca el extractor.
- Se activa el aire de reposición.
- Arranca la presurización de escaleras.
- El panel supervisa el estado de los equipos.
- Se genera una alarma si algún dispositivo falla.
Esta secuencia debe probarse de forma integral, no únicamente mediante pruebas individuales de cada ventilador.
Control automático del sistema
El sistema puede supervisar:
- Estado de los ventiladores.
- Posición de compuertas.
- Presión en conductos.
- Flujo de aire.
- Fallas eléctricas.
- Disponibilidad de energía.
- Señales del panel contra incendios.
- Operación manual de bomberos.
En ciertos proyectos se instala un panel de control de humo desde el cual el personal autorizado puede visualizar y accionar los equipos.
Alimentación eléctrica de emergencia
El sistema debe continuar funcionando durante el incendio durante el periodo definido por el diseño y la normativa aplicable.
Puede requerir:
- Grupo electrógeno.
- Alimentación eléctrica de emergencia.
- Circuitos independientes.
- Tableros resistentes o ubicados en zonas protegidas.
- Cableado con protección contra el fuego.
- Arrancadores supervisados.
La pérdida de energía convencional no debería inutilizar el sistema precisamente durante la condición para la cual fue instalado.
Simulación CFD para extracción de humo
En proyectos complejos puede utilizarse dinámica de fluidos computacional para analizar:
- Trayectoria del humo.
- Temperatura.
- Visibilidad.
- Velocidades.
- Aire de reposición.
- Zonas muertas.
- Rendimiento de jet fans.
- Ubicación de extractores.
- Interacción entre sectores.
La CFD permite observar fenómenos tridimensionales que no siempre aparecen en cálculos simplificados.
Sin embargo, no reemplaza:
- Cálculos normativos.
- Selección mecánica.
- Pruebas de campo.
- Commissioning.
- Criterio profesional.
Pruebas de aceptación
Una vez instalado el sistema deben verificarse:
- Caudales de extracción.
- Caudales de reposición.
- Presiones.
- Secuencia automática.
- Operación manual.
- Posición de compuertas.
- Arranque de ventiladores.
- Transferencia a energía de emergencia.
- Señales de falla.
- Interacción con presurización.
- Descarga exterior.
- Funcionamiento del panel.
NFPA 92 abarca el diseño, instalación, pruebas de aceptación, operación y pruebas periódicas de los sistemas de control de humo.
Mantenimiento del sistema
El mantenimiento puede incluir:
- Limpieza de rejillas.
- Inspección de conductos.
- Revisión de correas y rodamientos.
- Pruebas de ventiladores.
- Verificación de compuertas.
- Calibración de sensores.
- Pruebas de transferencia eléctrica.
- Revisión de tableros.
- Comprobación de la matriz causa-efecto.
- Pruebas integrales periódicas.
Un sistema de emergencia que nunca se prueba puede funcionar impecablemente en los planos y fracasar con admirable puntualidad el día que se necesita.
Errores frecuentes
Entre los errores más comunes se encuentran:
- Calcular únicamente por renovaciones de aire.
- No considerar el aire de reposición.
- Seleccionar ventiladores solo por caudal.
- Ignorar las pérdidas de carga.
- No dividir correctamente las zonas.
- Omitir el efecto chimenea.
- No coordinar el HVAC normal.
- Descargar humo cerca de tomas de aire.
- No verificar la apertura de puertas.
- Activar equipos en una secuencia incorrecta.
- No analizar fallas.
- Omitir pruebas integrales.
- Confundir extracción con presurización.
Normativa aplicable
El diseño puede requerir la revisión de:
- NFPA 92, sistemas de control de humo.
- NFPA 101, seguridad humana.
- Criterios y manuales de ASHRAE.
- Guías de la SFPE.
- International Building Code.
- International Mechanical Code.
- Reglamento Nacional de Edificaciones del Perú.
- Requisitos de la autoridad competente.
La norma y la edición aplicables deben definirse para cada proyecto. No resulta técnicamente correcto trasladar valores de un edificio a otro sin revisar su ocupación, altura, geometría y estrategia de seguridad.
¿Por qué confiar el diseño a especialistas?
La extracción de humo requiere integrar conocimientos de:
- Ventilación mecánica.
- Ingeniería contra incendios.
- Mecánica de fluidos.
- Transferencia de calor.
- Electricidad.
- Automatización.
- Arquitectura.
- Evacuación.
- Normativa.
- Modelado CFD.
El sistema debe diseñarse como una solución completa, desde la captación del humo hasta su descarga exterior.
Conclusión
La extracción de humo en edificios funciona retirando los gases de combustión del sector afectado mediante ventiladores o aberturas naturales, mientras se permite el ingreso controlado de aire de reposición.
Durante una emergencia, el sistema identifica la zona afectada, modifica el funcionamiento del HVAC, abre las compuertas correspondientes, activa los extractores y dirige el humo hacia una descarga exterior segura.
Para obtener un funcionamiento confiable deben calcularse el caudal, las pérdidas de carga, el aire de reposición, la sectorización, las diferencias de presión y la interacción con los sistemas de presurización.
En Carnot Ingeniería desarrollamos soluciones integrales para extracción de humo, presurización y ventilación mecánica. Nuestros servicios incluyen ingeniería conceptual, ingeniería básica, ingeniería de detalle, cálculos de caudal y presión, selección de ventiladores, diseño de conductos, modelado BIM, simulación CFD, automatización, instalación, pruebas de aceptación, commissioning, puesta en marcha y mantenimiento.
Diseñamos cada sistema considerando NFPA 92, NFPA 101, criterios ASHRAE, el Reglamento Nacional de Edificaciones y las condiciones específicas de cada proyecto, garantizando soluciones técnicamente sustentadas, coordinadas y verificables.