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• Gian Marco Tafur Mirez

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8. AGUA CONTRA INCENDIO DEL …. Normativa NFPA 13, Instalación del Sistema de Rociadores Edición 2010. NFPA 20, Instalación de Bombas Estacionarias de Protección Contra Incendios (2010). Reglamento Nacional de Edificaciones - A.130 Requisitos de seguridad. NTP 8.1. EXTINTORES PORTATILES ….. 8.2. SISTEMA DE AGUA CONTRA INCENDIO Y SISTEMA AUTOMATICO DE ROCIADORES Sala….., se realizará como ejemplo académico ya que por el área no requiere ACI De acuerdo con lo indicado en la norma NFPA 13, Capítulo V, Artículo 52, se aprecian dos tipos de riesgo: - La ocupación del área de los espectadores para el teatro es considerado un riesgo ligero. - Para el presenio o escenario se ubicarán extintores. La cisterna de almacenamiento de agua, de acuerdo a la NFPA 13, debe considerar la reserva de agua para el aprovisionamiento de todo el sistema, considerando la condición más crítica. De acuerdo a la ocupacion se clasifica como riesgo ligero, el cual se tomará como valor de cálculo. Si se tuviera un riesgo mayor se tomará la condición más crítica. 8.2.1. VOLUMEN DE AGUA CONTRA INCENDIO a. Caudal para rociadores Según la NFPA 13, Capítulo 11, inciso 11.2.3. Requisitos de demanda de agua - Métodos de cálculo el abastecimieto de agua para el sistema de rociadores debe determinarse a partir de la curva de densidad área en base al tipo de riesgo y área de operación del rociador.

Del plano tenemos las dimensiones y calculamos el área de la sala de espectadores: Area (m2) 9.00 x 9.20 = 82.80 m2 Area (pie2) 29.53 x 30.18 = 891.25 pie2 Con el área ingresamos a la figura 8.4.1 y obtenemos la densidad, la que al ser multiplicada por el área obtenemos el caudal requerido:

SEGU NFPA 13 Tipo de riesgo leve *De tener mas de un uso se escoge el mayor.

Area p2

Densidad gpm/pie2

1000

0.09

Caudal gpm* 90

b. Caudal para magueras Según la NFPA 13, Capítulo 11, Enfoque de diseño, inciso 11.2.3 Requisitos de demanda de agua - Métodos de cálculo, el suministro mínimo de agua deberá estar disponible para una duración mínima de:

De la tabla 8.2.1. se aprecia que para el uso de mangueras es de 250gpm, se tomará la de riesgo ligero, según lo planteado. c. Caudal total El caudal total será la suma del caudal de mangueras más el caudal de rociadores: Q Mangueras Q Rociadores Q aci

100.00 + 90.00 190.00 gpm

… (a) … (b)

d. Cálculo de la cisterna de agua contra incendio De la tabla 8.4.1. tenemos para el riesgo ligero un tiempo de funcionamiento de 30minutos para el sistema; por tanto el volumen de agua para este tiempo será: - Volumen para mangueras Vol magueras = Q mangueras x - Volumen para rociadores Vol rociadores = Q rociadores x

30 = fc= 264.172

3000 gal 11.36 m3

30

2700 gal

=

fc= 264.172

10.22 m3

e. Cálculo del volumen total incluido el agua contra incendio y otros usos. Volumen total = 5700 Volumen total = 21.58 Volumen por uso SS HH (auditorio) = 0 Volumen total del tanque cisterna = 21.58

gal m3 m3 m3

f. Dimensionamiento del cisterna : Altura : 3m Borde libre 30% - 40% 0.90 m Seguridad 5cm 0.05 m Altura libre 0.85 m Altura de agua 2.10 m Area: 10.27 m Dimensiones (a) a =(2A)^0.5 = Dimensiones (b) b = 2a = Cota de fondo :

-

2.27 , redondeando= 4.53 , redondeando= 3.00 m

2.80 5.60

8.2.2. RED DE AGUA CONTRA INCENDIO Desde la caseta de bombas se deriba una montante de 100mm que alimentará al sistema de rociadorees y gabinetes contra incendio. El sistema contará con una conexión de bomberos es decir una válvula siamesa cuya función es permitir al cuerpo de bomberos abastecer de agua directamente al sistema de rociadores y gabinetes contra incendio, como respaldo en caso no opere la red. a. Rociadores Los sistemas de rociadores consisten en una red húmeda de tuberías con rociadores, válvula y accesorios que se diseñan para aplicar una determinada cantidad de agua sobre un área. La aplicación del agua se hace por medio de rociadores, que son unas boquillas por las que se descarga el agua cuando el dispositivo se activa. Los rociadores se activan cuando la temperatura del medio ambiente es la suficiente como para fundir o romper un fusible que libera el tapón del rociador.

b. Gabinetes contra incendio Los gabinetes de agua contra incendio se encuentran distribuidos en el área de circulación, con un alcance de maguera de un diámetro de 1 1/2" y 30m de longitud, adosada a la pared y consta de válvula angular de 1 1/2", pitón tipo chorro niebla de 1". Los gabinetes son abastecidos desde una de las montantes contra incendio, de acuerdo a lo mostrado en los planos. El tipo de gabinete será tipo III.

A

A

B

Detalle de empalme entre la montante de 4" y la línea de 2 1/2"

Dentro de los diferentes tipos de gabinetes tenemos: Clase I : mangueras de 2 1/2" (64mm), sistemas para ser utilizados por los bomberos. Clase II: mangueras de 1 1/2" (38mm) primera ayuda en caso de incendio Clases III: incluye la clase I y la clase II, primera ayuda y uso de bomberos c. Diseño geométrico Requerimineto en los rociadores de las normas - El caudal de alimentacion por rociador es de 18gpm (68 l/min) - Area máx protegida por un rociador, 144pie2 o 13.4m2 - Distancia máxima entre rociadores, 12 pies (3.7m) - Distancia mínima entre rociadores, 8 pies (2.4m) - Distancia máxima de rociadores a paredes o particiones, 6pies (1.8m) - Para densidades menores de 0.3 gpm/pie2: rociador de 1/2" (k=5.56), los ramales pueden tener de 6 o 7 rociadores, dimensionado con líneas de 1", 1 1/4", 1 1/2", 2" (2" tamaño máximo de línea)

Esquema del diseño geométrico B A

Fuente: Elaboración propia d. Cálculo hidráulico de la red contra incendio

Para el cálculo de los diámetros, pédida de presión y caudales en la tubería se utilizará la fórmula de Hazen -Williams, según lo establece la norma NFPA 14:

NFPA 14, en su TABLA 8.3.1.3 nos brinda la longitud equivalente para los accesorios a diferentes diámetros de tubería de acero Schedule 40.

d.1. Cálculo de la red de gabinetes A-B, B inico tubería de 4" Material : acero schedule 40 Demanda por gabinete Qi = 125 gpm Presión mínima en gabinete Pi = 65 psi N° de gabinetes activos = 1 unid C H&W 120

D pulg

2.5

pulg

Punto crítico primer nivel de A-B (desde la manguera hasta tubería 4") Qi (gpm) 125 D (pulg) 2 1/2 Cantidad 1.00 Long equivalente C90C L eq (pies) 4.00 accesorios (pies) codos 90° Total 4.00 Long real tuber (pies) pies (isométrico) 1.76 Long. Total (pies) 5.76 H (pies) Ph (psi)* 1.70 0.73 Pérdida por fricción (psi/pie) 0.06 Pérdida total (psi) hf 0.32 *1PIE H2O = 0.43PSI

La presión necesarias será = Pi + hf + Ph :

66.05 psi en el punto de entrega "B"

d.2. Cálculo de la presión requerida desde el punto más desfavorable hasta B Densidad de riesgo: (d) 0.09 gpm/pie2 Curva de densidad por área Área de probable incendio: (A) 891.25 pie2 Del plano de distribución Caudal requerido : 80.21 gpm Cobertura de rociador: (Cv) 120.00 pie2 Del fabricante Cobertura de rociador: (Cv) 11.15 m2 Radio de cobertura : ( r) 1.88 m2 Número de rociadores: A/Cv 7.43 unid Coeficiente de rociador: (k) 5.56 Caudal por rociador: q = Cv * d 10.80 gpm Presión en el rociador: p= (q/k)2 =

3.77 psi, mín = 7 psi

7

Punto crítico 16 rociadores Densidades menores de 0.3 gpm/pie2: rociador de 1/2" (k=5.56), los ramales pueden tener de 6 o 7 rociadores, dimensionado con líneas de 1", 1 1/4", 1 1/2", 2" (2" tamaño máximo de línea)

Qi gpm = d x Cv , acumulado en @tramo Qi m3/seg V m/s Di pulg C90C Long equivalente de accesorios (pies) T Long real tuber (m) isométrico Long real tuber (pies) Long. Total (pies) (a)

R1-R2 R7-R8 R13-R14 10.80 8.18E-04 6.46 1.00 2.00 2.00 4.00 1.00 5.00 5.00 3.33 10.93 19.93

R2-R3 R8-R9 R14-R15 21.60 1.64E-03 8.27 1.25 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 10.93 15.93

R3-R4 R9-R10 R15-R16 10.80 8.18E-04 4.13 1.25 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 10.93 15.93

Pérdida por fricción (psi/pie), H&W (b) Pérdida total (psi) hf = a x b H (pies) a Ph (PSI) Presión rociador psi (mín 7psi) Presión requerida red = Pi+hf+Ph : k = 5.56, intersecciones k = Q/p^0.5 qi+1 (en el rociador) = k x P^0.5

0.05 1.05 7.00

0.06 1.02 9.20

0.0177 0.28 9.48

8.05 5.56

9.06 5.56

9.35 5.56

15.89

16.86

17.12

Fuente : Elaboración propia

d.3. Luego procedemos a analizar desde el punto B hasta la bomba Analizando los resultdos de los cuadros podemos concluir que en el punto B: La presión requerida es de: 66.05 psi El caudal requerido para rociadores es 116.16 gpm En el punto B tenemos: - Qgpm = 116.16 + para rociadores + 125 gpm para gabinete 241.16 gpm - Presión necesaria de :

66.05

psi

Punto crítico primer nivel de A-B (tubería 4") Qi (gpm) D (pulg) Cantidad Long equivalente C90C L eq (pies) accesorios (pies) codos 90° Total Long real tuber (pies) pies (isomét Long. Total (pies) H (pies) Ph (psi)* 0.65 Pérdida por fricción (psi/pie) Pérdida total (psi) hf

241.16 4 3.00 4.00 12.00 3.05 15.05 0.28 0.02 0.29

*1PIE H2O = 0.43PSI

La presión necesarias será = Pi + hf + Ph :

66.62 psi punto de entrega "C"

La bomba contra incendio tendrá las siguientes características: Caudal de bombeo = 241.16 gpm Altura dinámica = 66.62 psi d.4. Cálculo de la bomba Yockey El funcionamiento de la bomba Jockey es reponer la presión en el sistema de agua contra incendio, necesario debido a fugas admisibles y a caídas normales de la presíon, es por eso que requiere un caudal minimo y con la altura dinámica mayor de la bomba ACI, y se calcula de la siguiente manera:

Qjockey = 5% * Qaci =

12.06 gpm

HDTjockey = 1.1 HDT aci =

0.76 l/s 73.29 psi 51.54 m.c.a.

Cálculo de la potencia de la bomba principal

E (eficiencia de la bomba) = 0.7 Potencia = Potencia =

0.75 Hp 1.00 Hp

(2010).

RES

aprecian dos tipos de riesgo:

erado un riesgo ligero.

derar la reserva de agua para el

omo valor de cálculo. Si se

- Métodos de cálculo el tir de la curva de densidad área

r multiplicada por el área

demanda de agua - Métodos de ión mínima de:

omará la de riesgo ligero, según

de 30minutos para el sistema;

882.640654

16.6190251

m m

á al sistema de rociadorees y

sa cuya función es permitir al s y gabinetes contra incendio,

adores, válvula y accesorios que aplicación del agua se hace por cuando el dispositivo se activa. ficiente como para fundir o

e circulación, con un alcance de onsta de válvula angular de 1 a de las montantes contra o III.

mberos.

amales pueden tener de 6 o 7 imo de línea)

e utilizará la fórmula de Hazen

sorios a diferentes diámetros de

i en el punto de entrega "B"

urva de densidad por área el plano de distribución

el fabricante

psi

R4-R5 R10-R11 R16-R17 27.66 2.10E-03 7.35 1.50 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 10.93 15.93

R5-R6 R11-R12 R17-R18 27.92 2.12E-03 7.42 1.50 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 1.01 6.01

R6-R12

38.72 2.93E-03 5.79 2.00 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 1.01 6.01

R12-R18

77.44 5.87E-03 7.41 2.50 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 1.01 6.01

R18-A

116.16 8.80E-03 11.12 2.50 2.00 1.00 5.00 5.00 3.33 1.01 6.01

B A|

0.0415 0.66 10.15

0.0423 0.25 10.41

0.0191 0.11 10.53

0.0232 0.14 10.67

0.0491 0.30 10.97

10.01 5.56

10.26 5.56

10.38 12.02

10.52 12.02

10.81 12.02

17.72

17.94

18.04

18.16

18.41

i punto de entrega "C"

agua contra incendio, necesario equiere un caudal minimo y con :

B A|

29.83 qpm R18

R17 29.83 qpm

R16

R15

R14

R13

R12

R10

R11

R9

R8

R7

29.83 qpm

R6

R5

R4

R3

R2

R1