ES2257212B1 - Sistema de evacuacion de edificios en altura. - Google Patents
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Abstract
Sistema de evacuación de edificios en
altura.
Se trata de un sistema de fachada que funciona
como "nave" de evacuación en caso de necesidad de desalojo.
Consiste en tres elementos principales: recinto habitable o cabina
(1) de los ocupantes; recinto contenedor de helio formado por dos
membranas (2.a) y (2.b) contenedoras de gas, la primera (2.a) de
aire o helio permanentemente, formando un colchón gaseoso que
servirá de fachada, y la segunda (2.b) helio en ocasiones de
emergencia y por último de un recinto bajo la cabina (3) que
alojará los elementos técnicos necesarios para la evacuación.
A) Posición
A
La cabina (1) en condiciones normales de
utilización del edificio (A) sirve como balcón o mirador. Estará
realizada en materiales ligeros y resistentes (fibra de carbono,
plásticos, aluminio ...) puesto que es necesaria la optimización
del peso del conjunto para aumentar el número de ocupantes.
La fachada del edificio estará compuesta por las
dos capas contenedoras de helio. La primera capa (2.a) fabricada en
ETFE (etiltetrafluoreliieno) estará hinchada con helio o aire y
dará rigidez a la fachada. Se escoge dicho material porque permite
el paso de la luz al interior del edificio. Esta fachada estará
envuelta en una segunda capa (2.b) realizada en ETFE o en otro
material elástico traslúcido. Estará plegada para su posterior
expansión.
B) Posición
B
En caso de emergencia la primera operación será
la ocupación de las cabinas por los ocupantes del edificio
(La
capacidad o aforo de la cabina dependerá del
volumen de helio descomprimido del conjunto contenedor de helio
(2). Una vez alcanzado el aforo la cabina se cerrará comenzando el
inflado mediante descompresión de helio contenido en bombonas o
depósitos situados en el edificio y conectados a la cámara entre las
dos membranas. El inflado del globo de evacuación producirá una
presión que empujará éste fuera del edificio. Los anclajes
mecánicos se liberarán para permitir el despegue.
C) Posición
C
El globo será impulsado en vuelo por un motor
eléctrico (3.a) cuya energía proviene de una batería que ha sido
cargada mediante paneles fotovoltaicos contenidos en un elemento
multifunción (4) sujeto al exterior de la membrana exterior.
Dicho elemento contará también con sensores de
viento y válvulas de desinflado para facilitar el aterrizaje.
Description
Sistema de evacuación de edificios en
altura.
La invención se encuadra en el sector de la
edificación y dentro de esta supone una innovación tanto en la
resolución de fachadas de rascacielos como en el sistema de
evacuación de éstos.
Hasta el momento la evacuación de los usuarios
de edificios en altura o de rascacielos se ha realizado a través de
escaleras de emergencia debidamente sectorizadas y aisladas del
fuego. Sin embargo, este sistema se pone en duda a partir de
determinadas alturas debido al efecto embudo que se produce a
medida que se desciende al multiplicarse el número de usuarios
mientras la sección útil permanece constante.
En cuanto al sistema de fachada existen sistemas
fijos de fachada neumática. Sin embargo, el sistema
propuesto supone un sistema móvil que se combina con el sistema de
evacuación no sólo permitiendo el desalojo rápido y seguro de los
ocupantes del edificio sino que libera al edificio de fachada
simplificando las labores de riego del edificio por parte de los
cuerpos de bomberos.
Los sistemas convencionales de evacuación
funcionan correctamente en edificios convencionales de hasta un
máximo de cien (100) metros. En el caso de una torre o un
rascacielos la situación es distinta pues, por una parte, además
del anteriormente citado efecto embudo (producido por un aumento
geométrico de gente utilizando la escalera a medida que se
desciende por ella mientras la superficie de ésta, es decir su
capacidad, permanece constante), por otra, la relación de los
ocupantes con la tierra, con el suelo de la calle, en los
rascacielos es distinta, especialmente a partir de los cien (100)
metros. Según mi parecer, la torre o el rascacielos, en el momento
de la evacuación, debiera ser entendido como un barco en donde la
evacuación consiste no sólo en llegar a tierra sino en abandonar la
nave para que su inercia no te arrastre con ella. Estar a
trescientos (300) metros del suelo en un edificio es prácticamente
equivalente a estar a tres mil (3000) metros de la costa en un
barco que se hunde. A trescientos metros de altura hay que
descender más de mil quinientos (1.500) escalones con un espesor de
peldaño de treinta centímetros que debe ser compartido con los
cientos o los miles de ocupantes del edificio. Por lo tanto, se
propone un sistema de evacuación, semejante al existente en los
barcos, mediante un conjunto de naves de evacuación que abandonen
el edificio hasta lugares seguros (explanadas relativamente
cercanas al edificio).
El sistema de evacuación consta de dos partes
diferenciadas. Por una parte están cada uno de los elementos de
fachada y por otra el sistema de almacenamiento y aportación de
helio para el inflado de la cámara entre las dos membranas de la
fachada de cada uno de los elementos.
El sistema de almacenamiento y aportación de
helio para el inflado consta de unos depósitos de helio (X)
(depósitos criogénicos o depósitos a presión) en donde se
almacenará una cantidad suficiente de helio para poder inflar todos
los elementos de evacuación presentes en el edificio. En el momento
de la evacuación el helio almacenado se descomprimirá. El helio
descomprimido será calentado a temperatura ambiente (0º-23º)
gracias a unos calentadores (Y) y será distribuido por el edificio
a través de tuberías (Z) que contendrán el helio a temperatura
ambiente y a presión (100-300 bar).
Los elementos de fachada contarán con un recinto
contenedor de helio (A), un recinto habitable o cabina (B) y una
sala de máquinas (C).
El recinto contenedor de helio (A) estará
formado por dos membranas, una membrana interior (A.01) y un
membrana exterior (A.02). La membrana interior estará inflada
permanentemente con gas (aire o helio) a una presión suficiente
para aportar una rigidez suficiente a la membrana neumática como
para servir de fachada. La membrana exterior bien estará realizada
en un material elástico o bien estará plegada y envolverá la
membrana exterior. En caso de evacuación se aportará helio a la
cámara generada entre ambas membranas.
El orden de inflado de los elementos
constituyentes de la fachada será descendente para que el aumento
de volumen del recinto contenedor de helio no esté obstaculizado
por otro elemento. En la figura 01 el orden de inflado sería el
siguiente: G.01, G.02 y G.03. En las figuras 02 y 03 se muestra el
orden de inflado en un hipotético caso de combinación de ambos
modelos de elemento de evacuación.
Fig. 02 y Fig.
03
Se pueden diferenciar cuatro posiciones o fases
del proceso de evacuación. La primera es la de utilización normal
del edificio, actuando el sistema como fachada en posición estable
y las otras tres fases se corresponden con los pasos de
evacuación:
Posición
01
La primera membrana contenedora de helio a
presión tiene la función de dar rigidez a la fachada. La segunda
membrana envuelve a la primera y se hinchará en caso de emergencia.
Hasta ese momento permanece tensada envolviendo la membrana
interior y plegada (como un paracaídas) en el compartimento
reservado para ello.
En esta posición utiliza los sensores de viento
para proporcionar información de las cargas de viento recibidas por
el edificio para adoptar la rigidez de la estructura más
conveniente. Cuenta también con paneles fotovoltaicos para cargar
las baterías que impulsarán el motor en el momento de vuelo. Dichas
baterías deben estar siempre en estado de carga, por ello estarán
conectadas también a la corriente eléctrica para proporcionar la
electricidad necesario en caso de una exposición insuficiente a la
radiación solar.
Con el edificio en condiciones de estabilidad se
utiliza la cabina o habitáculo del sistema de evacuación como
mirador o balcón de observación (al aire libre con un dispositivo de
protección anti-caída -barandilla, verja,
etc.).
etc.).
Posición
02
La primera membrana contenedora (rigidez de la
fachada) permanece a la presión original en posición de
fachada.
Se hincha mediante aportación de helio (He) a
presión desde la red de distribución de helio del edificio. El
helio se almacena en depósitos criogénicos emplazados en el
edificio se descomprime y pasa por un proceso de calentamiento para
adquirir la temperatura ambiente (0º-23º). Al llegar la aportación
de helio la membrana que se encontraba plegada se despliega para
albergar el volumen que permitirá el vuelo del elemento de
evacuación. Una vez llenada la membrana ejercerá presión sobre el
edificio y se desprenderá de éste tras soltarse los anclajes
mecánicos que sujetaban el elemento de evacuación al edificio.
Cuenta con paneles solares fotovoltaicos que
cargarán las baterías que servirán para dotar de energía al motor
eléctrico que proporciona movimiento a la turbina de impulsión del
elemento de evacuación.
En el momento de la evacuación deberá ser
ocupada por los ocupantes del edificio. La capacidad del globo es
dependiente del volumen de helio de la membrana exterior inflada
-en posición de vuelo (Ver cálculos de capacidad). El elemento de
evacuación pequeño (TIPO A) tiene una capacidad máxima de 33
personas (coeficiente de seguridad k = 1.5) mientras que el
elemento de evacuación grande (TIPO B) tiene una capacidad máxima
de 68 personas. Una vez alcanzada la capacidad máxima (por peso) los
sensores de peso darán la señal acústica para que se detenga la
ocupación y se cierren las compuertas interiores de la cabina.
\newpage
Posición
03
La membrana contenedora exterior una vez
alcanzado el volumen final (A: 4.282 m^{3} B: 8.121 m^{3})
sirve como globo aéreo que permitirá la evacuación en vuelo de las
personas que admita cada cabina.
En el momento de vuelo el elemento multifunción
PK tiene una doble función:
- 1)
- Control de vuelo: Hay dos posibilidades de control de vuelo: globos teledirigidos o con sistema de navegación automático. Los sensores de viento permiten saber desde el centro de control de vuelo (globos teledirigidos) o desde el ordenador de procesamiento (globos con sistema de navegación automático) los vientos a los que están sometidos los globos de evacuación para, con esta información, poder controlar con mayor precisión el vuelo de éstos.
- 2)
- Control de volumen de He: Junto con el sistema interno de aportación de helio el elemento PK cuenta con válvulas de desinflado para poder controlar el volumen de helio contenido en el globo, y por consiguiente conocer el valor del empuje vertical, y así adaptarlo a las necesidades de vuelo específicas.
La nave de evacuación cuenta con unas bombonas
con helio comprimido que se liberará en caso de necesidad a través
de las válvulas (3b) conectadas con la cámara entre las dos
membranas.
El sistema de impulsión cuenta con un conjunto
de baterías cargadas mediante los paneles fotovoltaicos que
almacenan la energía necesaria para poder realizar el vuelo.
Conectadas a éstas hay un motor eléctrico conectado a una turbina
que es la que realiza físicamente la impulsión. En el caso del TIPO
B la turbina de impulsión (4B) está conectada al motor a través de
un eje.
En vuelo se encuentra en posición plegada.
Con las compuertas cerradas durante el vuelo. El
sistema de cerramiento será tal que permita el paso de aire
(rejilla metálica, elemento perforado, etc.) para evitar así la
sensación de claustrofobia de los ocupantes y evitar el pánico
debido a esto.
En el caso del TIPO A la dirección se realiza
por direccionamiento de la propia turbina de impulsión (turbina
pivotante). En el caso del TIPO B, además de pivotar lateralmente
la turbina, detrás de la salida de aire hay una aleta de dirección
para dirigir la nave.
Posición
03
Para posibilitar el aterrizaje cada uno de los
elementos PK cuenta con una válvula de desinflado, utilizada
durante el vuelo para mantener el volumen óptimo de helio dentro de
la membrana. Para descender paulatinamente se irá liberando el
helio a través de las válvulas.
Una vez en tierra se abrirá la trampilla situada
en el suelo para descender por una escalerilla a la sala de
máquinas desde donde se podrá salir al exterior descendiendo por la
rampa/tren de aterrizaje.
Consta de cuatro plataformas en cruz que
servirán de patas de apoyo para realizar un aterrizaje estable. Las
plataformas laterales dejan al descubierto la cabina sirviendo de
rampas para descender a tierra.
Fig. 04, 05 y Fig.
06
El funcionamiento de los elementos en cada uno
de los pasos del proceso es el descrito anteriormente.
- 01.
- Sensor de viento.
- 02.
- Paneles fotovoltáicos
- 03.
- Válvula de desinflado
Estos tres elementos forman parte del elemento
multifuncional PK descrito anteriormente.
- 04.
- Válvula de inflado: para control de la cantidad de helio en el cuerpo contenedor de helio durante el vuelo. Conectado a los depósitos de helio del elemento de evacuación (05).
- 05.
- Depósitos de helio del elemento de evacuación.
- 06.
- Válvula de inflado desde edificio.
- 07.
- Tubo flexible.
- 08.
- Tubería de suministro de helio a presión desde depósitos de helio del edificio.
- 09.
- Segunda membrana plegada en compartimento.
- 10.
- Verja o membrana de protección del balcón.
- 11.
- a. Compuerta de cierre de cabina (posición cerrada).
- 11.
- b. Compuerta de cierre de cabina (posición abierta).
- 12.
- Tren de aterrizaje frontal.
- 13.
- Tren de aterrizaje lateral.
- 14.
- Turbina/motor eléctrico.
- 15.
- Anclaje a forjado.
- 16.
- Anclaje a elemento adyacente.
- 17.
- Aleta de dirección.
Nota: Nótese que la geometría de
los elementos de fachada puede ser variable y dependerá de
condicionantes específicos de cada edificio. En las figuras 02, 03,
04, 05 y 06 se muestran dos modelos de elemento adaptados a
edificios con estructura
diagonal.
El principio de Arquímedes afirma que todo
cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y
hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.
Por tanto,
(1)\text{Empuje} = \rho_{f}
\cdot g \cdot
V
El empuje es igual al producto de la densidad
del fluido desalojado \rho_{f} por la aceleración de la
gravedad g y por el volumen de dicho volumen desalojado
V.
\newpage
A dicho empuje, para obtener el empuje neto (F),
hay que restarle el peso del helio que ocupa el volumen de aire
desalojado:
(2)P =
\rho_{He} \cdot g \cdot
V
Por tanto,
(3)F = g \cdot
V \cdot (\rho_{f} -
\rho_{He})
Las densidades de los dos gases (aire y helio) a
20ºC y 1 atm de presión son:
\rho_{He} =
0,1786\ g/L
(Kg/m^{3})
\rho_{aire} =
1,2902\ g/L
(Kg/m^{3})
y por tanto la capacidad bruta (en
masa^{1} ) de cada uno de los elementos de evacuación
es:
\text{Capacidad bruta} = 1,1116\
V
Expresada en g o Kg según las unidades de
densidad utilizadas. A efectos prácticos para el cálculo de
capacidades de los elementos de evacuación se van a utilizar Kg y
Kg/m^{3} como unidades de medida.
A continuación se pasará al cálculo de la
capacidad de los dos modelos de elementos de evacuación presentados
en la solicitud. Nótese que la patente solicitada se refiere a un
elemento genérico de evacuación que puede variar en tamaño y
geometría y que por lo tanto su capacidad es también variable
puesto que depende del volumen final (globo hinchado) de la
membrana contenedora de helio.
Modelo
A
Volumen de membrana hinchada (A.03) = | 4.282 m^{3} | |
Capacidad bruta = | 1,1116 \cdot 4.282 (kg/m^{3} \cdot m^{3}) = | 4.759,87 Kg |
Peso propio aproximado (cabina + membranas) = | 1.000 Kg | |
Capacidad neta = | 4.759,87 Kg - 1.000 Kg = | 3.759,87 Kg. |
Aplicando un coeficiente de seguridad k = 1,5 y
tomando un peso medio por persona de 75 Kg. Se obtiene la siguiente
capacidad nominal:
Capacidad nominal =
\hskip0,4cm3.759,87 Kg./1,5 \cdot 75 Kg./Pers. =
\hskip0,4cm33 personas
Modelo
B
Volumen de membrana hinchada (A.03) = | 8.120,86 m^{3} | |
Capacidad bruta = | 1,1116 \cdot 4.282 (kg/m^{3} \cdot m^{3}) = | 9.027,15 Kg |
Peso propio aproximado (cabina + membranas) = | 1.500 Kg | |
Capacidad neta = | 9.027,15 Kg - 1.500 Kg = | 7.527,15 Kg. |
Aplicando un coeficiente de seguridad k = 1,5 y
tomando un peso medio por persona de 75 Kg. Se obtiene la siguiente
capacidad nominal:
Capacidad nominal =
\hskip0,4cm7.527,15 Kg./1,5 \cdot 75 Kg./Pers. =
\hskip0,4cm66 personas
Claims (5)
1. Sistema de evacuación de edificios en altura
que comprende un recinto habitable (B), en conexión con el edificio
al que pertenece y al que se accede de manera semejante a un
balcón o mirador, y un cuerpo contenedor de helio (A) -He- adosado
al recinto habitable. En caso de emergencia y necesidad de desalojo
del edificio, del cual forma parte el conjunto, el recinto
habitable (B) servirá de cabina portadora de un determinado número
de personas -condicionado por el volumen de helio que contenga el
cuerpo contenedor (A)-. El cuerpo contenedor de helio será
rellenado con helio descomprimido contenido en bombonas, depósitos
a presión o depósitos criogénicos (X) contenidos en el edificio
aumentando el volumen de helio contenido y sirviendo así de cuerpo
de flotación. Tras esto se soltarán los anclajes que sujeten el
conjunto al edificio para permitir el despegue de éste y su
traslado hasta algún lugar despejado cercano al edificio.
2. Sistema de evacuación de edificios en altura
según reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo
contenedor de helio (A) esté formado por dos membranas o pieles. La
membrana interior (A.01) contendrá gas (aire o helio) a una
presión suficiente para contar con una consistencia lo
suficientemente rígida como para formar parte de la fachada del
edificio que contiene el conjunto. La membrana exterior (A.02) será
flexible o extensible y contará con unas válvulas de llenado
conectadas mediante un conducto o una tubería (Z) a los depósitos
(X) de helio del edificio. Así mismo contará con válvulas de
desinflado que permitan un aterrizaje controlado y paulatino.
3. Sistema de evacuación de edificios en altura
según reivindicación 1 y 2 caracterizado porque cuenta con
un motor eléctrico que mueve una hélice o una turbina posterior
para impulsar el conjunto de cuerpo contenedor y cuerpo de
flotación. El motor, situado en un cuarto de máquinas (C) estará
alimentado por una batería que deberá contar con un sistema de
carga ininterrumpido, como puede ser mediante un conjunto de
paneles fotovoltaicos.
4. Sistema de evacuación de edificios en altura
según reivindicación 1, 2 y 3 caracterizado porque contiene
un conjunto de elementos multifuncionales adosados al exterior de
la membrana exterior. Cada elemento está compuesto de:
- a)
- Paneles solares fotovoltaicos para la carga de la batería(s) que den potencia al motor eléctrico.
- b)
- Sensor de viento para el control de vuelo del elemento de evacuación.
- c)
- Válvula de desinflado del cuerpo de flotación.
5. Sistema de evacuación de edificios en altura
según reivindicación 1, 2, 3 y 4 caracterizado porque
contiene una o varias bombonas o depósitos contenedores de helio
contenidos en un cuarto de máquinas (C) conectadas mediante un
conducto al cuerpo de flotación y que, junto con las válvulas de
desinflado, servirán para controlar la cantidad de helio en el
cuerpo de flotación para facilitar la navegación de la nave de
evacuación.
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- 2005-04-04 ES ES200500765A patent/ES2257212B1/es not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20060716 Kind code of ref document: A1 |
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FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2257212B1 Country of ref document: ES |
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FD1A | Patent lapsed |
Effective date: 20101018 |