El mercado de baterías de iones de litio (Li-Ion) se expande a un ritmo que sigue superando el desarrollo de los códigos y estándares que lo regulan. Desde bicicletas eléctricas residenciales hasta sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) a gran escala, la tecnología Li-Ion está presente en prácticamente todos los sectores de la construcción, en todos los continentes y jurisdicciones. Para los profesionales y contratistas de protección contra incendios de todo el mundo, esta proliferación ha generado un conjunto de desafíos de diseño dinámicos y técnicamente exigentes, que requieren un profundo conocimiento tanto de la ciencia subyacente del riesgo como del estado actual de los requisitos prescriptivos y basados en el rendimiento. Si bien los códigos y estándares de referencia reflejan el entorno regulatorio estadounidense, la ciencia subyacente del riesgo, los principios de diseño y los protocolos de prueba son aplicables a nivel mundial y cada vez más autoridades con jurisdicción internacional los utilizan como referencia.

El peligro central: fuga térmica

Antes de abordar los criterios de diseño, es fundamental comprender qué distingue fundamentalmente a las baterías de iones de litio de los riesgos de incendio convencionales. El principal riesgo es el descontrol térmico, definido por la norma NFPA 855 como la condición en la que una celda electroquímica aumenta su temperatura por autocalentamiento de forma incontrolable, lo que puede provocar la liberación de gases, un incendio o una explosión.

A diferencia de un incendio tradicional de clase B o C, el descontrol térmico es un fenómeno electroquímico interno. Una vez iniciado, no puede ser detenido por un sistema de extinción. El tetraedro del fuego no se aplica directamente; eliminar el oxígeno de la atmósfera no detiene el descontrol térmico, sino que simplemente impide la ignición de los gases combustibles liberados, que pueden acumularse hasta alcanzar concentraciones deflagrantes. Esta es una consideración de diseño crítica que descarta de inmediato ciertas tecnologías de extinción, en particular aquellas que privan de oxígeno a un compartimento.

El descontrol térmico puede desencadenarse por un uso inadecuado de la energía térmica (sobrecalentamiento o pérdida de refrigeración), un uso inadecuado de la energía eléctrica (sobrecarga o sobredescarga) o daños físicos en la celda. Una vez que una celda entra en descontrol térmico, es muy probable que se propague a las celdas adyacentes a menos que exista una separación adecuada o una refrigeración activa.

Implicación práctica para el diseño de rociadores: el objetivo de un sistema de rociadores contra incendios que protege las baterías de iones de litio no es la extinción del sobrecalentamiento en sí, sino su contención. El sistema debe enfriar las celdas adyacentes lo suficiente para limitar la propagación al bastidor, estante o vehículo donde se originó el evento. Este principio se aplica independientemente del código nacional o regional que rija un proyecto determinado.

La química de la batería y el estado de carga son importantes.

No todas las baterías de iones de litio presentan el mismo perfil de riesgo. La composición química del material del cátodo afecta significativamente tanto a la densidad energética como a la gravedad del desbordamiento térmico. Entre las composiciones químicas más comunes se encuentran el óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), el fosfato de hierro y litio (LFP), el óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA) y el óxido de litio y cobalto (LCO), entre otros.

Las investigaciones de los Laboratorios Nacionales Sandia demuestran que, si bien una mayor energía almacenada se correlaciona con una mayor entalpía total de fuga térmica, las baterías con mayor energía específica liberan esa energía más rápidamente y a mayores tasas máximas de liberación de calor. Las químicas NMC y NCA tienen una mayor densidad de energía que las LFP, pero producen eventos de fuga térmica más severos. La química de la batería presente en una instalación determinada influye directamente en los criterios de protección adecuados; los profesionales no deben asumir un enfoque único para todos, independientemente de la jurisdicción. El estado de carga (SOC) es igualmente relevante. Una celda con un SOC del 100 % experimentará una fuga térmica significativamente más violenta que una celda idéntica con un SOC del 30 %, con temperaturas máximas, tasas de calentamiento máximas y entalpía de fuga considerablemente mayores. Los umbrales de SOC (normalmente del 60 %) se utilizan en diversos marcos de referencia, incluidas las hojas de datos de FM Global, para definir las clasificaciones de los sistemas de almacenamiento y determinar los criterios de diseño aplicables. Por lo tanto, comprender el SOC operativo de una instalación determinada es un factor clave para el diseño, no una consideración secundaria.

El panorama regulatorio: ¿De dónde provienen los requisitos?

A diferencia de la mayoría de los riesgos asociados a las materias primas, no existe un único documento normativo global que abarque todas las aplicaciones de las baterías de iones de litio. Incluso dentro del marco estadounidense, los criterios de diseño deben basarse en múltiples fuentes superpuestas, según el caso de uso específico. A nivel internacional, la situación es aún más compleja, si bien los protocolos de ensayo subyacentes —en particular el UL 9540A— son cada vez más citados por organismos reguladores y autoridades con jurisdicción fuera de Norteamérica. La norma NFPA 13 excluye explícitamente las baterías de iones de litio de su ámbito de aplicación para el diseño de sistemas de rociadores. Si bien se aplican los requisitos de instalación, las densidades y áreas de diseño deben consultarse en otra fuente. La norma NFPA 855 es el estándar principal de EE. UU. para sistemas de almacenamiento de energía estacionarios. Para instalaciones comerciales interiores que cumplan con la norma —donde los grupos de sistemas de almacenamiento de energía no superen los 50 kWh cada uno, separados por al menos 3 pies— la densidad de rociadores prescrita es de 0,3 gpm/pie cuadrado en una superficie de 2500 pies cuadrados. Los edificios de uso no exclusivo tienen un límite de 600 kWh por área de incendio; los edificios de uso exclusivo no tienen dicho límite de energía, siempre que se mantengan las separaciones con clasificación de resistencia al fuego y las restricciones de ocupación adecuadas. Cuando una disposición no cumple con los umbrales prescriptivos de la NFPA 855, se requieren pruebas a gran escala según la norma UL 9540A.

La hoja de datos 5-33 de FM Global rige las instalaciones de sistemas de almacenamiento de energía en baterías de iones de litio (BESS) de más de 20 kWh y especifica criterios basados en la ubicación que varían según la proximidad a riesgos, el número de paredes exteriores accesibles y la composición química de la batería. Las instalaciones NMC requieren mayor separación entre pasillos que las instalaciones LFP. Cuando se cumplen los requisitos de ubicación, la densidad de rociadores es de 0,3 gpm/ft² en toda el área del incendio, con un suministro de agua de 45 minutos para cada bastidor de baterías adyacente sin separación.

La hoja de datos FM Global 7-112 es la referencia principal para el almacenamiento de baterías a granel, ya que proporciona clasificaciones de productos basadas en el estado de carga (SOC), la altura del techo, la altura de almacenamiento y el embalaje, que se incorporan a la hoja de datos FM 8-9 para los criterios de diseño de rociadores aplicables.

Estos documentos de origen estadounidense son ampliamente consultados en los mercados globales, en particular para proyectos multinacionales de fabricación, logística y almacenamiento de energía, lo que hace que familiarizarse con ellos sea relevante profesionalmente mucho más allá de Norteamérica.

UL 9540A: El camino basado en el rendimiento

Para la mayoría de las instalaciones de sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, el enfoque prescriptivo no es económicamente viable, ya que las limitaciones de densidad energética hacen que el costo por metro cuadrado sea prohibitivo. Por consiguiente, la mayoría de los proyectos comerciales emplean un diseño basado en el rendimiento, validado mediante las pruebas UL 9540A, un protocolo que ha ganado gran reconocimiento internacional como metodología de referencia para evaluar la propagación de incendios por sobrecalentamiento en sistemas de almacenamiento de energía en baterías.

UL 9540A es un protocolo de prueba escalonado con cuatro niveles: Celda, Módulo, Unidad e Instalación. Cada nivel somete el sistema de baterías a un evento de fuga térmica forzada y evalúa si la propagación se mantiene dentro de los límites de diseño. Si un nivel determinado se supera, no se requieren más pruebas. La prueba a nivel de instalación, la más relevante para el diseño de sistemas de protección contra incendios, evalúa la eficacia del sistema de extinción previsto, ya sea mediante sistemas de rociadores diseñados a 0,3 gpm/pie² (Método 1) o mediante un plan de protección contra incendios alternativo (Método 2). Los contratistas y diseñadores que participan en proyectos ESS en cualquier parte del mundo deben estar familiarizados con los resultados de la norma UL 9540A, ya que los informes de prueba del fabricante a menudo dictan los criterios de diseño de rociadores aplicables, la ubicación de las boquillas y el tipo de sistema requerido para una configuración de instalación determinada.

Consideraciones específicas de la aplicación

Vehículos eléctricos y estacionamientos: La adopción de vehículos eléctricos se está acelerando a nivel mundial, y con ella surge el desafío de proteger los estacionamientos que albergan vehículos con baterías de iones de litio de gran formato. Los datos de investigación demuestran consistentemente que los estacionamientos protegidos con rociadores han logrado contener los incendios de vehículos eléctricos en el área inmediata del incendio. En Estados Unidos, la norma NFPA 13 ha elevado la clasificación de ocupación recomendada para estacionamientos al Grupo de Riesgo Ordinario 2, y la norma NFPA 88A ahora exige rociadores en todos los estacionamientos, incluidos los estacionamientos abiertos que antes estaban exentos. Se están llevando a cabo reevaluaciones similares de los criterios de protección de estacionamientos en varios mercados internacionales.

Dispositivos de micromovilidad: Las bicicletas eléctricas, los patinetes, los hoverboards y dispositivos similares representan un riesgo residencial en rápido crecimiento a nivel mundial. Estos dispositivos se cargan frecuentemente en pasillos y espacios habitables, a menudo con baterías dañadas o sin certificar. Este patrón de incidentes no es exclusivo de Estados Unidos; los servicios de bomberos de Europa, Asia y Australasia han reportado tendencias similares a medida que la adopción de la micromovilidad se ha acelerado, lo que ha generado atención regulatoria en diversas jurisdicciones.

Almacenamiento de baterías a granel: Dado que las normas de instalación como la NFPA 13 carecen en gran medida de directrices prescriptivas, la hoja de datos FM 7-112 es la referencia más detallada disponible. Los profesionales que trabajan en almacenes o centros de distribución relacionados con productos electrónicos de consumo, módulos de baterías o productos terminados alimentados por baterías deben estar preparados para cumplir con los requisitos de FM o desarrollar un diseño basado en el rendimiento con soporte para pruebas a gran escala.

Lo esencial para los profesionales

La protección de baterías de iones de litio no es una especialidad marginal, sino que se está convirtiendo rápidamente en una competencia fundamental para los profesionales de la protección contra incendios en prácticamente todos los segmentos de mercado y regiones del mundo. Los códigos y estándares están en constante evolución, y la brecha entre lo que exige la tecnología y los criterios prescriptivos actuales sigue siendo significativa. Los profesionales deben abordar estos proyectos comprendiendo que es posible que no existan soluciones prescriptivas para una configuración determinada, que la química y el estado de carga (SOC) son parámetros de diseño de materiales, y que los datos de ensayos a gran escala —ya sean de informes UL 9540A o metodologías equivalentes— a menudo serán el factor determinante para establecer un diseño de sistema aceptable. Para los profesionales que trabajan en múltiples jurisdicciones, será fundamental familiarizarse tanto con los marcos normativos de origen estadounidense como con la actividad de normalización emergente en sus propios mercados. La IFSA tiene como objetivo conectar a profesionales de sistemas de rociadores contra incendios de todo el mundo e impulsar la ciencia y la práctica de la protección contra incendios mediante rociadores a nivel global. A medida que la tecnología de baterías de iones de litio sigue transformando el panorama de riesgos en todos los mercados en los que operamos, anticiparnos a este tipo de peligros forma parte fundamental de nuestra misión colectiva.