Ingeniería de extracción de humos en un centro de datos

En el marco de la construcción de un nuevo centro de datos, un importante actor del sector recurrió a la experiencia deEOLIOS para un estudio de extracción de humos destinado a evaluar las condiciones de seguridad de las personas implicadas en caso deincendio en una sala de ordenadores.

Este centro de datos, diseñado para albergar varios centenares de bastidores informáticos de alta densidad, presenta problemas críticos de seguridad contra incendios. El proyecto se inscribe en un contexto normativo exigente, en el que deben coexistir la protección de las personas y la continuidad del servicio de las infraestructuras digitales. Aunque el centro no está clasificado como ERP, la seguridad de las personas implicadas, en particular de los bomberos, sigue siendo una cuestión fundamental.

El estudio encargado a EOLIOS tenía dos objetivos:

Validar la capacidad del sistema de extracción de humos para restablecer las condiciones que serían soportables por los servicios de emergencia en caso de incendio en una sala llena de armarios informáticos.
Identifica las zonas de inaccesibilidad temporal, en relación con la localización del incendio, las condiciones de propagación y el comportamiento del sistema de extracción de humos.

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> Proyecto: Estudio de incendios - Evolución de la temperatura - Datahall - Incendio A con propagación - Escala 40 a 100

Problemas de incendio y estrategias de extracción de humos en salas de informática

Incendios en entornos técnicos ventilados: un enfoque específico

El estudio de extracción de humos confiado a EOLIOS formaba parte de un proyecto de centro de datos con una gran densidad informática, en el que los riesgos asociados alfuego no pueden tratarse con un enfoque convencional. La sala analizada, representativa de las demás salas del edificio, está diseñada para albergar unos 400 puestos informáticos, lo que representa una carga térmica total de más de 4 MW, disipada en su totalidad por un sistema de refrigeración por aire forzado en la galería técnica.

Este nivel de potencia, combinado con la densidad de la disposición, implica una gran concentración de materiales combustibles, fuentes de calor y circulación deaire, en un espacio compartimentado y altamente tecnificado.

Objetivo del estudio: garantizar la sostenibilidad de los servicios de emergencia

A diferencia de un establecimiento abierto al público, el edificio no está destinado a ser ocupado permanentemente. Sin embargo, las normas de seguridad aplicables exigen que se garanticen las condiciones para que los bomberos puedan intervenir, sobre todo en términos de visibilidad, temperatura y radiación térmica.

Este requisito se aplica en ausencia de un sistema de extracción de humos de activación automática: la activación sigue siendo voluntaria, realizada in situ tras la evaluación de los servicios de emergencia. Por tanto, el sistema debe ser capaz de restablecer las condiciones favorables aunque elincendio ya se haya iniciado.

El problema que había que resolver consistía en identificar las configuraciones críticas de un incendio localizado o propagado, y evaluar la capacidad del sistema de extracción de humos para evacuar el humo sin agravar la combustión. Era necesario comprender cuándo y en qué condiciones se podía prever una intervención, teniendo en cuenta el comportamiento de las instalaciones técnicas, en particular el reciclaje del aire por las paredes de los ventiladores, el papel del pleno de alimentación y la geometría del edificio.

La simulación también tuvo que tener en cuenta el efecto de los aspersores, que, aunque son eficaces para limitar la propagación del fuego, pueden no ser suficientes para garantizar una visibilidad suficiente o para reducir rápidamente la temperatura ambiente.

En definitiva, se trataba no sólo de validar el dimensionamiento del sistema de extracción de humos y de los medios de emergencia, sino sobre todo de comprender la dinámica real en un entorno complejo, para proporcionar al propietario del proyecto y a las autoridades supervisoras una visión precisa y fundamentada de la seguridad de la obra.

Simulación CFD de un incendio en una sala de datos

Creación de un modelo realista adaptado a las configuraciones de los centros de datos

Para cumplir los objetivos del estudio y proporcionar una visión realista y predictiva de los fenómenos deincendio en la sala de datos, EOLIOS aplicó un enfoque basado en la simulación numérica en dinámica de fluidos. La herramienta utilizada para esta misión, Fire Dynamics Simulator (FDS), es una referencia internacional en el campo de la modelización de incendios. Desarrollado por el Instituto Nacional de Normas y Tecnología (NIST), permite simular con precisión la propagación del humo, la evolución de la temperatura y el comportamiento del aire en entornos complejos.

La primera fase del trabajo consistió en construir un modelo 3D fiel a la geometría real de la sala, integrando todos los elementos que influyen en los flujos. El modelado tuvo en cuenta la compartimentación de los pasillos, la colocación precisa de las salas de ordenadores, la altura del techo, las galerías técnicas, los plenums de impulsión y los sistemas de retorno de aire.

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Se prestó especial atención a la representación de los dispositivos de tratamiento del aire, en este caso las paredes de los ventiladores, y a los distintos puntos de flujo de aire entre volúmenes. También se representaron en el modelo las compuertas de extracción de humos, las rejillas de suministro de aire y las entradas de aire fresco, para evaluar su papel en los mecanismos de extracción de humos una vez activados.

La malla seleccionada para este estudio nos permitió alcanzar una resolución fina, con más de cien millones de células activas, garantizando una reproducción fiel de los gradientes de temperatura, humo y velocidad.

Identificar posibles focos de incendio

Se han definido tres escenarios de incendio para cubrir las principales configuraciones críticas en función de la posición del foco.

Escenario A: incendio al inicio de un camino de entrada
Escenario B: incendio al final del pasillo, cerca de las unidades de tratamiento de aire
Escenario C: incendio en medio del pasillo

Para cada uno de estos casos, se estudiaron dos variantes:

Incendio no propagado: una sola nave en llamas
Incendio con propagación: extensión a naves adyacentes cada dos minutos y modelización de la activación de rociadores

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Dimensionamiento del fuego y papel de los sistemas de rociadores

El comportamiento del fuego se ha representado de forma realista, basándose en datos de la literatura científica sobre laignición de armarios informáticos. La potencia térmica definida corresponde a un caso representativo de incendio ventilado en un entorno tipo centro de datos.

Cada simulación se ejecutó durante varias decenas de minutos, para observar los efectos retardados delincendio en el entorno y evaluar el impacto de la activación de la extracción de humo a mitad de camino. Esta elección del marco temporal permitió analizar tanto la fase de acumulación del incendio como la fase de estabilización posterior a la aspersión, con o sin intervención de la extracción de humos.

Por último, para cada escenario, EOLIOS extrajo las magnitudes físicas relevantes a la altura del hombre, es decir, la temperatura, la visibilidad, el flujo de calor radiante y la velocidad del flujo de aire. Estos datos se analizaron de acuerdo con los umbrales de tenibilidad reconocidos por la normativa francesa y las normas internacionales, permitiendo una evaluación objetiva de la viabilidad de la intervención humana en un entorno lleno de humo.

Análisis de las condiciones de extinción

Efectos observados en caso de incendio contenido (1 bahía)

Las simulaciones realizadas como parte de los escenarios de incendio localizado mostraron que el ambiente interior estaba bajo control. Cuando elincendio sólo afecta a un bastidor informático, la carga térmica sigue siendo moderada y los efectos térmicos se limitan a las inmediaciones del incendio. A la altura del hombre, las temperaturas no superan los umbrales críticos de intervención con resistencia al fuego, y los flujos de calor irradiado permanecen por debajo de los valores límite generalmente aceptados para garantizar la seguridad de las personas implicadas.

La propagación del humo también permanece contenida en este tipo de configuración. Gracias a la eficacia de la compartimentación vertical y a la presencia de ventiladores en el subsuelo, el humo tiende a concentrarse en las capas superiores, formando una estratificación estable que afecta muy poco a las zonas de tránsito. El sistema de ventilación mecánica, siempre activo, contribuye a limitar la propagación horizontal de estos humos sin crear ninguna sobrepresión desfavorable. Como resultado, la visibilidad es generalmente satisfactoria en la mayor parte del volumen, incluso en los pasillos vecinos.

Este comportamiento valida la estrategia básica adoptada para laorganización de la sala de datos, es decir, la canalización de los flujos de aire, la compartimentación de las zonas de impulsión y retorno, y la separación clara entre los circuitos de evacuación y las posibles zonas de propagación. En estas condiciones, los servicios de emergencia pueden intervenir rápidamente sin esperar a que se active el sistema de extracción de humos, lo que supone una gran ventaja en caso deincendio detectado en una fase temprana.

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Isotemperatura sin propagación

Impacto de la propagación en las temperaturas y la visibilidad

Cuando elfuego se propaga a varias naves, ya sea por efecto térmico o por falta de detección rápida, las condiciones derespuesta se deterioran significativamente. Los resultados muestran un rápido aumento de las temperaturas en los pasillos afectados, alcanzando más de 100°C a la altura del hombre en los peores casos. La propagación del incendio modifica localmente los flujos aeráulicos, en particular cerca de las unidades de tratamiento del aire, lo que puede generar un efecto de recirculación de gases calientes hacia las zonas de recuperación.

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Iso temperatura 100°C

Este fenómeno crea bolsas deaire sobrecalentado en determinadas zonas de la nave, incluso a cierta distancia del incendio, lo que dificulta o incluso imposibilita temporalmente el paso de los servicios de emergencia sin protección refor zada. Además, la combustión prolongada de varias naves, ricas en plásticos, generó una importante producción de hollín, lo que provocó un rápido descenso de la visibilidad por debajo de los umbrales exigidos. A partir del minuto 10, algunas zonas de la nave se volvieron completamente opacas, lo que hizo imposible circular con seguridad sin el equipo adecuado.

Las galerías de servicio, que están conectadas a las zonas principales mediante conductos de cables o conductos de ventilación, también experimentan un aumento de temperatura y una contaminación gradual por humo, lo que limita las posibilidades de acceso indirecto al incendio. En estos escenarios, debe activarse la extracción de humos para restablecer las condiciones mínimas de visibilidad y limitar la acumulación térmica del edificio.

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Plano de temperatura sin propagación

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Plan de temperatura

Efecto de los sistemas de extracción de humos en la seguridad contra incendios

Las simulaciones confirman laeficacia del sistema de extracción de humos tal como se ha diseñado, siempre que se active manualmente en el momento adecuado. En los escenarios ensayados, la activación de las compuertas de extracción de humos a partir del minuto catorce inicia una dinámica favorable de renovación del aire, evacuando el humo estancado y reduciendo gradualmente la temperatura en las zonas de circulación.

Este mecanismo actúa con cierta inercia, pero sus efectos se hacen notar a los cinco o seis minutos de activarse. Las capas de gases calientes son aspiradas a través de los respiraderos y sustituidas poraire fresco introducido desde niveles inferiores o zonas de amortiguación, lo que ayuda a restablecer los volúmenes accesibles a nivel del suelo. Esto no sólo mejora la visibilidad, sino que también reduce la presión térmica sobre estructuras y materiales sensibles aún no afectados por el incendio.

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Plan de visibilidad

Combinada con el sistema de rociadores, que limita laintensidad térmica del incendio, la extracción de humos estabiliza la situación y abre una ventana de oportunidad para los servicios de emergencia. Las simulaciones muestran que la combinación de estos dos sistemas técnicos permite restablecer una atmósfera sostenible en la mayor parte de la sala de datos al cabo de unos minutos, incluso en caso de propagación inicial.

Esto confirma la importancia de una coordinación fina entre detección, extinción y extracción para garantizar una gestión eficaz del fuego en este tipo deentorno técnico.

Contribución de EOLIOS: experiencia en seguridad contra incendios para centros de datos

Herramientas digitales para el rendimiento en incendios

Tras el análisis meteorológico, se identificaron dos vientos predominantes. Se simularon los dos vientos predominantes. Los resultados de estos estudios pusieron de manifiesto diversos fenómenos aeráulicos que afectaban a las temperaturas y alsuministro de aire a los sistemas. Se identificaron fenómenos de bucle entre los sistemas, que provocan un aumento de las temperaturas de entrada del aire de refrigeración. Las calorías evacuadas son aspiradas de nuevo por los mismos sistemas o por los sistemas circundantes.

Estos fenómenos se identificaron principalmente en los primeros enfriadores de aire expuestos al viento. El viento favorece el retroceso de los penachos térmicos, lo que amplifica los fenómenos de bucle. En el resto de la cubierta, el fenómeno es menor y más localizado. En este caso, se debe principalmente a la falta de suministro de aire, que provoca la succión de los sistemas en la parte superior.

La densidad de los sistemas en los tejados también favorece estos fenómenos. La potencia por m2 es especialmente elevada en este centro de datos, lo que contribuye a un aumento general de la temperatura. Además, el aumento del número de sistemas en el tejado también limita la circulación del aire y favorece la aparición de zonas de baja velocidad propicias al estancamiento calórico. Estas zonas de estancamiento se han identificado en particular alrededor de los transformadores. Las temperaturas alrededor de estos sistemas rondan los 50ºC.

Para reducir la formación de bucles, se estudió la posibilidad de añadir un capó a los sistemas. La adición de un revestimiento opaco elimina la succión de los sistemas en la parte superior, que se carga de calor. Las temperaturas registradas con este nuevo diseño se han reducido en casi 2°C. Como resultado, también se ha reducido la pérdida de potencia de refrigeración, mejorando laeficacia global de los sistemas de refrigeración.

Estudio de los vientos dominantes: estrategia para reducir los bucles entre enfriadores de aire

Cuando se enfrentan a entornos tan específicos como las salas de ordenadores de alta densidad energética, las herramientas convencionalesde análisis de incendios muestran rápidamente sus limitaciones. Como parte de este encargo, EOLIOS pudo aplicar una modelización avanzada para representar con precisión los efectos reales de un incendio en una moderna sala de datos. El uso del software FDS, junto con la modelización completa en 3D del emplazamiento, permitió simular escenarios representativos y utilizables, incorporando las complejas interacciones entre los sistemas de suministro de aire, la compartimentación, la recirculación del aire y la extracción de humos.

Además de la modelización, EOLIOS estructuró elestudio de modo que proporcionara indicadores claros: temperatura, visibilidad, radiación térmica, condiciones de tenibilidad, etc. Cada parámetro se analizó a la altura del hombre, prestando especial atención a los umbrales admisibles para una intervención humana prolongada. Este enfoque pragmático, centrado en las necesidades operativas, nos permite evaluar no sólo el rendimiento intrínseco de las instalaciones, sino también su eficaciaen situaciones reales.

Un enfoque claro y fiable que se pueda aprovechar ante las autoridades

Elestudio también destacó por su capacidad para unir a las partes interesadas del proyecto en torno a una comprensión compartida de los problemas. Los resultados se presentaron en forma de informes ilustrados,extractos de vídeo de las simulaciones y mapas espacio-temporales, lo que facilitó su comprensión por parte del propietario del proyecto, los operadores, las oficinas de control y los servicios de bomberos y rescate. Este enfoque técnico es uno de los puntos fuertes deEOLIOS, ya que combina el rigor metodológico con la capacidad de hacer quela información sea inteligible y directamente utilizable.

Por último, este estudio es una valiosa herramienta de diálogo con las autoridades administrativas. Demuestra que el centro no sólo cumple los requisitos reglamentarios, sino que ha sido objeto de un planteamiento voluntario deanticipación yoptimización del riesgo de incendio. En este sentido, supera el marco de una simple validación de diseño y se inscribe en una lógica de resiliencia, rendimiento y responsabilidad técnica. Es precisamente este tipo deenfoque el queEOLIOS pretende promover junto a sus clientes del sector de los centros de datos y de otros lugares.

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Vídeo resumen del estudio

Resumen del estudio

Elestudio de extracción de humos realizado por EOLIOS para un centro de datos de alta densidad tenía como objetivo garantizar la seguridad de los implicados en caso deincendio y validar el rendimiento de los sistemas de protección. Utilizando la modelización CFD (FDS ) y un modelo 3D detallado, se simularon varios escenarios, incorporando los efectos de los aspersores, la extracción de humos y las características técnicas del lugar.
Los resultados muestran que, para un incendio localizado en una nave, las condiciones siguen siendo en general soportables(temperatura, visibilidad, radiación). Por otra parte, en caso de propagación, la visibilidad disminuye rápidamente, las temperaturas suben por encima de los umbrales críticos y algunas zonas se vuelven inaccesibles.

La activación controlada de la extracción de humo, especialmente cuando se combina con aspersores, puede restablecer las condiciones favorables al cabo de unos minutos y abrir una ventana de oportunidad para los servicios de emergencia.
Además de las simulaciones, el estudio produjo indicadores claros (tenibilidad, flujos de calor, estratificación del humo) y material didáctico (vídeos, mapas), facilitando el diálogo con el propietario del proyecto, los operadores y las autoridades.
Este enfoque ilustra la capacidad de EOLIOS para combinar el rigor científico y la formación técnica, ofreciendo una visión operativa del riesgo de incendio. Va más allá de la simple validación reglamentaria para tener en cuenta la resiliencia, el rendimiento y la responsabilidad.