Sistema contra incendios para una nave industrial.

Los sistemas de protección contra incendios constituyen un conjunto de equipamientos diversos integrados en la estructura de los edificios.

La protección contra incendios se basa en dos tipos de medidas:

- Medidas de protección pasiva:

Son medidas que tratan de minimizar los efectos dañinos del incendio una vez que este se ha producido. Básicamente están encaminadas a limitar la distribución de llamas y humo a lo largo del edificio y a permitir la evacuación ordenada y rápida del mismo.

• Compuertas en conductos de aire.

• Recubrimiento de las estructuras (para maximizar el tiempo antes del colapso por la deformación por temperatura).

• Puertas cortafuegos.

• Dimensiones y características de las vías de evacuación.

• Señalizaciones e iluminación de emergencia.

- Medidas de protección activa:

Son medidas diseñadas para asegurar la extinción de cualquier conato de incendio lo más rápidamente posible y evitar así su extensión en el edificio. Dentro de este apartado se han de considerar dos tipos de medidas:

a) Medidas de detección de incendios, que suelen estar basadas en la detección de humos (iónicos u ópticos) o de aumento de temperatura.

b) Medidas de extinción de incendios, que pueden ser manuales o automáticos:

- Manuales: Extintores, Bocas de incendio equipadas (BIE), Hidrantes, Columna seca.

- Automáticos: Dotados de sistemas de diversos productos para extinción:

— Agua (Sprinklers, cortinas de agua, espumas, agua pulverizada).

— Gases (Halones (actualmente en desuso), dióxido de carbono).

— Polvo (Normal o polivalente).

Los tipos de sistema son los siguientes, y se definirán brevemente más adelante:

Sistema Tipo Húmedo.

Este sistema emplea rociadores automáticos que se encuentran unidos a un sistema de tuberías que contienen agua y están conectados a su vez a una fuente de agua. El agua se descarga inmediatamente cuando el rociador se abre debido al calor generado por el fuego. De esta manera, este sistema requiere de menos mecanismos para que funcione correctamente, siguiendo los lineamientos por NFPA.

El sistema tipo húmedo, es el más simple de todos, el más común, requiere menos mantenimiento. Es el más económico y el más confiable. Este tipo de sistema se recomienda principalmente donde no existe la posibilidad de congelamiento.

Sistema Tipo Seco.

El sistema tipo seco utiliza rociadores que están unidos en un sistema de tuberías que contienen aire o nitrógeno a presión, la liberación de este (cuando se abre un rociador) permite que la presión del agua abra una válvula conocida como válvula del sistema seco y el agua puede fluir dentro del sistema de tuberías y salir por el rociador abierto.

Sistema Tipo Pre-acción.

Este tipo de sistema utiliza rociadores automáticos unidos a un sistema de tuberías que contienen aire que pueden o no estar presurizados. Además cuenta con un sistema de detección instalado en las mismas áreas donde hay rociadores, ese sistema de detección activa un sistema de control que permite el flujo de agua.

Sistema Tipo Diluvio.

El sistema tipo diluvio utiliza rociadores que están unidos a una tubería que a su vez se encuentra conectada a una fuente de agua a través de una válvula que se abre por la operación del sistema de detección instalado en las mismas áreas donde hay rociadores. Cuando esta válvula abre, el agua fluye dentro del sistema de tubería y descarga desde todos los rociadores, produciendo una inundación total en la zona de rociadores. Se considera también una variación de un sistema de pre-acción.

Sistema de rociadores de agua (Sprinklers).

Están conectados a una o más fuentes de abastecimientos, su es individual y cada Sprinkler cubre área aproximada de 9 – 16 mts, el caudal está en función del tamaño del orificio de descarga y de la presión, determinado en función del riesgo. Para zonas donde invierno sea posible que alternen temperaturas bajas, se emplea el sistema mixto o seco.

Partes del Sprinkler:

- Deflector: de latón, es el elemento sobre el que choca la descarga y se disgrega en gotas, cuenta con unos dientes que determinan la forma y tamaño de la gota.

- Cuerpo tubular, de latón o bronce, formado por la rosca de unión a la tubería.

- Dispositivo de apertura, se rompe con el calor liberando el disco de cierre o caperuza de la válvula.

- Elemento termosensible, puede estar formado por:

-Componente termosensible, placa soldada que hace la función de tapón con bajo punto de fusión como el plomo, estaño, cadmio, plata. (57 y 434 C)

-Ampolla de vidrio, contiene un líquido con elevado coeficiente de dilatación (alcohol, acetona), que al aumentar de presión en el interior del bulbo revienta. (Naranja 60 C, rojo 70 C, amarillo 80 C, verde 85 C, azul 140 C, morado 180 C, negro 200 C).

Clasificación de los rociadores.

- Convencional, descarga de tipo esférico, que distribuye el 30% hacia arriba y 60% hacia abajo. Su distribución

- Pulverizadores, casi toda la descarga se dirige hacia el suelo, el tamaño de la gota es más regular.

- Gota gorda, para locales cuya previsión del desarrollo de incendio sea con gran desprendimiento de calor.

- De pared, para producir una descarga lateral semiparabólica.

Desarrollo del proyecto.

Necesidades:

Se debe calcular un sistema de incendios húmedo para una nave industrial con el fin de proteger las instalaciones contra cualquier posible incendio que se pueda presentar y poner en peligro la vida de los trabajadores.

Características de la nave industrial.

La nave industrial se ubica en una superficie de 120,000 pies cuadrados. Como se muestra a continuación, dentro de este edificio se encuentra el área de recepción, oficinas y un comedor.

300 pies

300 pies

Recepción

Oficinas

Comedor

Producción

100 pies

Diseño del proyecto.

Para el diseño del sistema contra incendios se deben seguir ciertas normas de instalación, por lo que la National Fire Protection Association establece las normas para la instalación de sistemas contra incendios (NFPA-13).

A) Determinación de riesgos.

En el capítulo 5 de la NFPA-13 define los diferentes tipos de riesgos:

-Riesgo leve (Oficina, Iglesias, Clubes, restaurantes).

-Riesgo ordinario 1 (Taller mecánico, Plantas de electrónica, Lavanderías).

-Riesgo ordinario 2 (Molinos, confección de productos, Destilerías)

-Riesgo alto (Hangares, manufactura de espumas plásticas).

-Riesgos muy altos (preparación de barnices y pinturas)

*Para este proyecto tomaremos el riesgo ordinario 1.

B) Determinación de área de trabajo.

Para empezar a realizar el cálculo hidráulico del sistema, se puede tomar una parte del edificio de preferencia el punto más alejado el que llamaremos área de diseño (mínimo 6 según NFPA-13)

300 pies

Recepción

Oficinas

Comedor

Producción

Área de

Diseño

50 pies

75 pies

Cuarto de

Control

300 pies

Al tener nuestra área de diseño de 3750 pies cuadrados, y la determinación de riesgo se puede calcular el requerimiento de agua que se necesitara.

Como podemos ver en la tabla, podemos determinar que nuestra demanda de agua será de .11 gpm/pie cuadrado.

Por lo que podemos calcular nuestra demanda de los rociadores será:

3450 ft 2 x .11gpm

ft2=380 gpm

Debemos de tener en cuenta un aumento de un 10 a 15 % por cálculos hidráulicos por lo que el total de demanda de los rociadores será:

Demanda total de rociadores = 437 gpm

Además de este gasto hay que aumentar la demanda de agua para mangueras o boca

Tomando en cuenta que tenemos un riesgo ordinario y que podemos tener mangueras o bocas de incendio externas tomamos como valor 250 gpm a un tiempo de operación de 60 minutos. Por lo que la demanda total de nuestra área de diseño será de:

437 gpm + 250 gpm = 687 gpm x 60 minutos.

C) Calculo del número de rociadores para el área de diseño.

La distancia entre rociadores no debe ser menor a 1.8 m o 6 pies, de acuerdo a norma, para evitar que los rociadores se mojen, pero la distancia máxima permitida se selecciona con respecto a la tabla:

Tipo de construcción

Riesgo leve Riesgo ordinario

Riesgo Extra Riesgo en pilas altas

No combustible y combustible sin obstrucción

225 ft 2

15 ft130 ft 2

15 ft100 ft 2

12 ft100 ft 2

15 ft

Combustible obstruida

168 ft 2

15 ft130 ft 2

15 ft100 ft 2

12 ft100 ft 2

15 ft

Con esto determinamos el número de rociadores que debemos utilizar:

Rociadores = 3750 pies cuadrados / 130 pies = 29 a 30 rociadores.

Para calcular el factor k de los rociadores utilizamos tablas de diseño:

Densidad KHasta 0.20 5.6

De 0.20 a .34 8Mayores de .34 11.2

La presión mínima para operar según norma de NFPA es de 7 psi, por lo que el flujo ideal para el aspersor.

Qs=k √ p=5.6 x√7=14.82gpm

D = Qs/Ss = 14.82/130 = .11 gpm.

Como podemos ver la densidad que calculamos nos sirve para el diseño.

Acomodo de rociadores en el área de diseño.

Cada rociador se encuentra separado por 12.5 pies y cada ramal se encuentra a 10 pies con lo que se encuentra dentro de la norma especificada.

D) Calculo de tubería del ramal.

El número máximo de rociadores permitido para cada rama es de 8 rociadores según la norma NFPA-13 6-5.2.1. En caso de contar con más rociadores hay ciertas condiciones que debe de cumplir para poder utilizarlos.

Área de Diseño

50 pies

75 pies

Para calcular el diámetro de la tubería aplicamos la tabla 6-5.3.2 de la NAPF-13.

Tubería # rociadores1” 2 rociadores

1 ¼” 3 rociadores1 ½” 5 rociadores

2” 10 rociadores2 ½ 20 rociadores

Por lo que tomaremos la tubería de 2” para el análisis de la rama

Tomando el último rociador de la rama tenemos que el flujo que se necesita para el rociador es de 14.82 galones por minuto por lo que para ahí que calcular las perdidas por fricción para cada tramo. La pérdida por fricción de la tubería se puede calcular con la fórmula de Hazen- William o por tablas.

∆ P= 4.52

C1.85d4.87Q1.85 L=2.55 x10−5 xQ 1.85L

Calculando las pérdidas por tabla del tramo utilizando tenemos que:

Rociador GpmQ=k √P

Presión Tramo/flujo Tubo / perdida Perdida de tabla % p X 12.5’

A 14.82 7 psi 12.5´ /14.82 2” / .00224 .028 psiB 14.85 7.028 12.5’ / 29.65 2” / .00786 .098 psiC 14.94 7.126 12.5´/ 44.59 2” / .0167 .20875D 15.16 7.33 12.5´ / 59.75 2” / .0287 .35875E 15.51 7.68 12.5´ / 75.26 2” / .04405 .5506F 16.05 8.23 6.25’ / 91.31 2” / .05216 .326G 8.55 + T(10”)=.35

psi

ABCDEFG

Del cálculo anterior se tiene este ramal requiere de 91.31 gpm y una presión de 8.90 psi.

E) Calculo de tubería horizontal

Para calcular la tubería que alimentara a los ramales o rociadores determinaremos una k de ramal por lo que:

K ramal=Q

√P=91.31gpm

√8.90 psi=30.60

Ahora calcularemos la tubería principal como si fuera un ramal y cada ramal lo tomaremos como un orificio con k.

Ramal GpmQ=k √P

PresiónPsi

Tramo/ flujopies gpm

Tubo / perdida

Perdida de tabla % p X

12.5’G 91.31 8.90 10’ / 91.31 4’ /.0023 .023H 91.39 8.92 10’ / 182.7 4’ / .0083 .083I 91.80 9.003 10´ / 274.5 4’ / .0179 .179J 92.18 9.182 10’ / 367.22 4’ / .0311 .311K 94.26 9.49 270´ / 461.48 4’ / .048 13.09

22.58 2c(24”)=.86

Como vemos en el análisis necesitamos 461.48 gpm a una presión de 23.44 psi.

G I J KH

F) Selección de la capacidad de la bomba.

Como hemos mencionado se necesitan 448.79 gpm a una presión de 13.90 psi por lo que también hay que sumarle los galones por 250 por boca de incendio por lo que nos quedaría:

462 gpm + 250 = 712 gpm

Convirtiendo la presión en 24 psi a columna de agua necesitamos .

24 psi x 2.31 ft/psi = 56 ft.

Altura de tubería = 20 ft

Válvula de Alarma = 13 ft

Por lo que hay que seleccionar una bomba que nos garantice un mínimo de:

712 gpm @ 89 ft (39 psi)

G) Capacidad de almacenamiento requerido.

Como ya se mencionó ocupamos 700 gpm pero se necesita tener el agua disponible para abastecer de agua necesaria en caso de la red de distribución de agua pública no pueda abastecer esa cantidad de agua por lo que se necesitada un almacenamiento con una capacidad de:

712 gpm x 60 minutos = 42,720 galones.

42,720 galones[ .13368 ft31galon ]=5710.80 ft3

Para el cálculo de las dimisiones del tanque la Api-650 especifica que el máximo nivel de llenado debe ser el 80% del tanque por lo que el tanque total será de:

5710.80 ft3 x10080

=7138 ft3

Tomando en cuenta la altura del sistema de incendio de 20 ft tomaremos la misma altura para el tanque por lo que

Area=7018 ft3

20 ft=356.9 ft2

d=√ 4 (356.9)π=¿22 ft ¿

22 ft

20 ft