La NFPA 13, en su capítulo 4, presenta los requisitos generales para la instalación de redes contra incendios, en este documento se basará en este capítulo para definir la cantidad y posicionamiento de los rociadores, de la forma más desfavorable para asegurar así una buena respuesta del sistema en presencia de un incendio.

Teniendo en cuenta la sección 4-1.1 del capítulo mencionado anteriormente se define que los rociadores deben ser instalados en la totalidad del edificio, asimismo, no deben exceder un área máxima de cobertura de cada rociador, además se debe garantizar un desempeño satisfactorio del sistema en cuanto a tiempo de activación y distribución.

La distribución de los rociadores en el área del edificio, se determinará acorde a la sección 4-6 de la norma que se enfoca directamente, en el tipo de rociadores que se usaran para el proyecto (rociadores normales pendientes). Como se mencionó en arriba el diseño se debe hacer con la situación más desfavorable, es decir el menor número de rociadores posibles, es por eso que se usará la máxima distancia entre rociadores permitida por la NFPA 13 en su sección 4-6.3 y en la tabla 4-6.2 (15 pies ó 4,572metros), la sección define el área de protección de cobertura como A s=S x L, donde S es la distancia de los rociadores a lo largo de ramales, mientras que L, es la distancia entre ramales, que para este caso serán los 15 pies definidos en la tabla 4-6.2, además la misma tabla define que para edificaciones en el riesgo leve como se definió esta anteriormente, el Máximo valor de A s permitido es 225Pies2 así pues, despejando en la ecuación de A s, se puede obtener el valor S de la máxima distancia entre rociadores a lo largo de los ramales.

S=A sL

(2)

S=225 pies2

15 pies=15 pies(3)

La sección 4-6.3.2 define la máxima distancia entre el último rociador y la pared como la mitad de la distancia máxima permitida entre rociadores es decir 15/2=7,5 pies o 2.286m

Luego de obtener la distribución de los rociadores en el área total de la edificación, que se presenta en los planos anexos, se debe calcular el caudal, para así poder diseñar un tanque de almacenamiento del agua que se debe utilizar en caso de ser necesario. Como se describe en la norma el caudal por rociador debe ser calculado con la ecuación Q¿K √ p, este proceso de cálculo de Q se presentó en la sección 2.1.4 de este documento, obteniendo un valor de 22gpm como requisito mínimo para cada aspersor. Con la distribución que se presenta en los planos anexos, se obtuvo que para el nivel 1 se necesitan 65 rociadores, al igual que para el nivel 2para un total de 130 rociadores para cubrir toda el área del edificio, asimismo, la tabla 5-2.2 de la NFPA 13, dice que el tiempo de suministro de la red, es decir el tiempo para para el que la red debe estar en funcionamiento en caso de ocurrencia de incendio, para riesgo leve, debe estar entre 30 y 60 minutos, y, cómo en el presente proyecto se diseña para la situación más desfavorable, entonces se diseñará un tiempo de duración de 60 minutos, la densidad de aplicación de agua se define como el caudal que cae sobre un metro cuadrado, este se obtiene al dividir el valor caudal de cada rociador (22gpm) en el área de influencia (As) de cada rociador, que como también se definió anteriormente es 225 pies cuadrados, así pues la densidad es aproximadamente 0,1gpm/ pies2 .

Figura 5-2.3 presenta curvas de área vs densidad, que expresan el área que debe cubrirse durante un incendio en base a la densidad que se acabó de definir, en base a esta figura, como la densidad es ligeramente menor a 0,1, debería garantizarse el cubrimiento de entre 1500 y 1800 pies cuadrados, sin embargo, para garantizar un buen funcionamiento del sistema en caso de ser necesario, se diseñará con un área de cubrimiento de 2500 pies2 (232m2¿, teniendo esto, se divide esta área en el área As, de cada rociador, para así saber la cantidad de rociadores que actúan al mismo tiempo en caso de emergencia por incendio, este número de rociadores se multiplica por el caudal de descarga de cada rociador, para así obtener el caudal que debe entrar al sistema cuando ocurra un incendio, con el fin de seleccionar una bomba que cumpla estas solicitaciones, estos cálculos se presentan en las ecuaciones (4), (5) y (6)

2500 pies2

225 pies2=11.11≅ 12rociadores (4)

La ecuación (4), muestra que según la norma, teniendo en cuenta el área que debe ser abarcada por los rociadores en caso de incendio, solo un máximo de 12 rociadores de los 130 disponibles estarán en funcionamiento. Cómo ya se conoció antes, la presión mínima en punta para cada rociador debe ser de 15psi, sin embargo, para conocer el caudal de entrada al sistema se va a diseñar con una presión de 25psi, ya que esto garantiza que debido a las pérdidas, el rociador más lejano de la bomba va a tener una presión residual de aproximadamente 15psi.

Q=5.6∗√25=28gpm(5)

28 gpm∗12 rociadores=336 gpm (6 )

En la ecuación (6), se obtiene que basados en las suposiciones hechas en el párrafo anterior, la red va a funcionar con un gasto de entrada de 336galones por minuto, sin embargo, como aún no se han calculado las pérdidas de energía del sistema (se verá esto en una sección posterior) existe cierto valor de incertidumbre sobre el caudal de entrada, por esta incertidumbre, se definirá inicialmente un valor de entrada al sistema de 350gpm, que puede cambiar luego de calculadas las pérdidas, la selección de la bomba para cumplir este requerimiento se mostrará en una sección más adelante a esta.

Finalmente, luego de conocer el flujo de entrada en la tubería de alimentación, se calcula el volumen que debería tener el tanque de almacenamiento que debe abastecer al sistema durante 60 minutos según lo estipulado en la norma. Ver ecuación 7

350 gpm∗60min=21000gal(7)

Esto, es equivalente a 2808pies3 u 80m3, para este fin se propone un tanque de almacenamiento de 14,2pies de lado o 4,4metros.

Selección de bomba y Tanque de almacenamiento

En el capítulo anterior se dio un acercamiento a lo que debería ser una bomba y un tanque para el sistema, otorgando unos valores de caudal y de volumen tentativos, sin embargo, para el diseño real, debe tenerse en cuenta lo expuesto por la norma NFPA 20, este capítulo está dirigido a la

selección de bomba y tanque en base a los parámetros que presenta la norma y los equipos que pueden encontrarse en el mercado, por lo que muy seguramente los valores presentados en la sección anterior van a cambiar.

Se pretende hacer uso de bombas centrífugas que en la sección 3.3.37.3 se define como una bomba en la que la presión se desarrolla principalmente mediante la acción de una fuerza centrífuga, además las bombas a usar serán horizontales, definidas en 3.3.37.8, como bombas con el eje normalmente ubicado en una posición horizontal. Finalmente, las bombas serán exclusivamente de incendio, pues así lo exige la norma, ya que estas poseen especificaciones propias que le permiten trabajar en condiciones de incendio mejor que bombas centrífugas normales.

La tabla 5.8.2 de la NFPA 20, presenta diferentes capacidades que pueden tener las bombas centrífugas, teniendo en cuenta el caudal calculado en la sección anterior de 336gpm, se debería usar una bomba de 400gpm o 1514L/min de capacidad, sin embargo, comercialmente las bombas con esta capacidad no son muy comunes, y la capacidad comercial inmediatamente superior a 250gpm es de 500gpm o 1892L/min, entonces es esta la capacidad de bomba principal que se va a utilizar. Conforma a lo dicho en la sección 5.8.1 se debe garantizar que la bomba pueda trabajar al 150 por ciento o menos de la capacidad seleccionada, es decir, se debe garantizar una capacidad de 750gpm en condición extrema, para la bomba auxiliar, es decir la bomba que debe estar disponible por si la principal falla, se usará el la misma capacidad nominal (500gpm). La Norma, también dice que se deben ubicar manómetros en tubería de succión y en la de descarga, así como válvulas de alivio automática, que puede ser combinada con una válvula de alivio de presión. Respecto a los diámetros de tubería de succión y descarga, la norma en su sección 5.14.3.3 define que el diámetro de la tubería de succión debe diseñarse de tal manera que la velocidad del agua, con la bomba al 150% de su capacidad nominal, sea mayor a 15pies/seg o 4,57m/seg, con la ecuación general del caudal Q=V*A, se despeja el área A=Q/V, entonces, 750gpm equivale a 1,67pies3/s, por consiguiente el área transversal de la tubería debe ser 0,11 pies2, y sabiendo que A=

D2∗( π4 ), el diámetro debe ser 0,37pies, como, 1pie son 12 pulgadas, entonces el diámetro final

escogido para la tubería de succión de ambas bombas, es de 4,5”, sin embargo, la norma dice que estos valores no pueden ser menores a los que presenta la tabla 5.25(a), que para las capacidades nominales define, 5” para la succión en ambas tuberías, entonces, se seleccionan estos últimos valores. La misma tabla define un diámetro de 5” en la tubería de descarga, en teoría por causa de las pérdidas por flujo circulatorio, que se presentan en la carcasa de la bomba el diámetro de succión debería ser mayor que el de descarga, sin embargo en este caso estás pérdidas son muy poco significativas respecto al caudal que se va a transportar, por lo que no se tienen en cuenta. Finalmente, la sección 5.12.1.1 y la tabla 5.12.1.1.2, definen la protección que deben tener las bombas, donde se dice que para garantizar seguridad en las bombas estas deben ubicarse a una distancia mínima de 50 pies de la edificación o bien las bombas pueden ubicarse junto a la edificación, pero dentro de una construcción ignífuga que resista al menos durante dos horas, y, por limitaciones de área disponible se prefiere usar la segunda opción.

Teniendo pues todos los requerimientos anteriores, se seleccionan las bombas comerciales que se utilizarán para el sistema.

Bomba Principal

Se decide usar una bomba de la marca PENTAIR AURORA®, de serie 912, serie de bombas horizontales exclusivas para incendios y de motor eléctrico. La figura 1, muestra una bomba de la serie como las que se pretende usar.

Figura 1. Bomba serie 912 PENTAIR AURORA®. Obtenido de Catálogo Virtual Pentair

Específicamente se decide usar la bomba de una etapa, modelo 491, de 278PSI, 500gpm de capacidad nominal y trabaja a 3565rpm, el despiece, dimensiones y curvas de rendimiento (H vs Q, Isoeficiencia y BHP) se presentan en los anexos

Bomba Auxiliar

La bomba auxiliar seleccionada de una etapa es el modelo 481, de 275PSI, 500gpm de capacidad nominal y trabaja a 3550 rpm, al igual que con la anterior, el despiece, dimensiones y curvas se presentan anexos.

Despiece y dimensiones bomba principal (Catálogo PENTAIR AURORA®)

Curvas de rendimiento Bomba Principal (Catálogo PENTAIR AURORA®)

Despiece y dimensiones bomba auxiliar (catálogo PENTAIR AURORA®)

Curvas de rendimiento bomba auxiliar (catálogo PENTAIR AURORA®)