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CONSEJO DEPARTAMENTAL DE LIMA CAPÍTULO DE INGENIERÍA MECÁNICA Y MECÁNICA ELÉCTRICA

CURSO: PRESURIZACIÓN DE ESCALERAS Y EXTRACCIÓN DE MONÓXIDO DE CARBONO CÁLCULO DE PRESURIZACIÓN DE ESCALERA Ing. Cip Alfredo Escárate Cobeñas Nº REG. CIP 66645 Lima 16 de Agosto de 2018

INDICE 1.- Cálculo de Ventilación en Función al Calor

2.- Clasificación de las Escaleras según el RNE. 3.- Consideraciones Estructurales para el Diseño de las Escaleras. 4.- Consideraciones de Diseño Mecánico.

5.- Ejemplo de Cálculos. 6.- Balance del Sistema en Campo. 7.- Conclusiones.

8.- Bibliografía.

1.- CÁLCULO DE VENTILACIÓN EN FUNCIÓN AL CALOR

Siendo conservadores podemos omitir de la perdida por conducción, entonces:

Analicemos ésta Ecuación.

2.- CLASIFICACION DE LAS ESCALERAS SEGÚN EL RNE. (Norma A.10 – Consideraciones Generales de Diseño – Cap. VI - Art.26-27-28)

Articulo 26. A) Integradas B) . Evacuación B1: Vestíbulo Previo Ventilado B2: Vestíbulo Previo No Ventilado B3: PRESURIZADAS B4: Abiertas B5: Cerradas B6. Mixtas.

Articulo 27. El número y ancho de las escaleras se determinará según la distancia de viaje del evacuante, medido desde el ambiente más alejado de la escalera, y el piso con mayor aforo.

Artículo 28.- Sin importar su uso, toda educación deberá contar por lo menos con 2 escaleras de evacuación …….

(Norma A.10 – Consideraciones Generales de Diseño – Cap. VI - Art.26)

Con Vestíbulo Previo Ventilado

(Aplicación en edificios de viviendas,

Diseñadas según al NFPA 101)

PRESURIZADAS Sus características son las siguientes: • • •

Contarán con un sistema mecánico de inyección de aire, según la norma A.130. Deben estar cerradas al exterior. No están permitidas en edificaciones residenciales.

3.- CONSIDERACIONES ESTRUCTURALES PARA ESCALERAS DE EVACUACION (Norma A.10 – Consideraciones Generales de Diseño – Cap. VI - Art.26)

Entre otros factores tenemos los siguientes: 1.

Toda escalera de evacuación , deberá ser ubicada de manera tal que permita a los usuarios en caso de emergencia, salir del edificio en forma rápida y segura. 2. Deberán ser continuas del 1er al ultimo piso. 3. Deberán entregar directamente a la acera, al nivel del suelo o en via publica amplia y segura al exterior, o en su defecto a un espacio compartimentado cortafuego que conduzca hacia la vía publica. 4. No será continua a un nivel inferior al primer piso, a no ser que este equipada con una barrera aprobada en el primer piso, que imposibilite a las personas que evacuan el edificio continuar bajando accidentalmente al sótano. 5. El VPV, deberá contar con una área mínima que permita el acceso y maniobra de una camilla de evacuación… 6. El ancho útil de las puertas deber ser calculado según la norma A.130 y en ningún caso menor a 1m 7. Las puertas deberán abrir en dirección del flujo de evacuación de las personas. 8. Tener un ancho mínimo de 1.2m. 9. Tener pasamanos en ambos lados.. 10. Deberán ser construidas de material incombustible. 11. En el interior de la caja no deberán existir obstáculos, materiales combustibles, ductos o aperturas.

12. Los pases desde el interior de la caja hacia el exterior deberán contar con protección cortafuego(sellador) no menor que la resistencia cortafuego de la caja. 13. Al interior de las escaleras de evacuación son permitidas únicamente las instalaciones de los sistemas de protección contra incendios. 14. Tener cerramientos de la caja de escaleras con una resistencia al fuego de 1h (hasta 15m de altura), 2 horas (hasta 72m de altura o mas). 15. Contar con marcos puertas y accesorios cortafuego con una resistencia no menor al 75% de la caja de la escalera y deberán ser a prueba de humo. 16. El espacio bajo la escalera no podrá ser empleado para uso alguno, si es que se ubica dentro de la caja de la escalera. 17. No se permiten accesos a ductos y/o montantes a través de la escalera de evacuación, salvo de los SCI. 18. Deberán contar con un pase para manguera contraincendios…. 19. La escalera de evacuación no deberá tener otras aperturas que las puertas de acceso. 20. Las escaleras no podrán ser del tipo caracol, salvo que comuniquen máximo 2 niveles, que sirva a no mas de 5 personas.

PRESURIZACION DE ESCALERAS

PRESURIZACION DE ESCALERAS

PRESURIZACION DE ESCALERAS

PRESURIZACION DE ESCALERAS

PRESURIZACION DE ESCALERAS

PRESURIZACION DE ESCALERAS

CÁLCULOS

CÁLCULOS Datos Geométricos de la Escalera: 1.

Área Piso = 17.61m².

2.

Altura = 3.2m.

3.

Perímetro = 18m.

4.

Puerta= 1.0m x 2.15m

5.

Niveles = 18

Datos Geométricos del Edificio: 1.

Perímetro =103.01m.

5.1.- DATOS GENERALES.

Table 1 Áreas de fuga típicas para paredes y pisos de edificios comerciales

1.

Numero de Niveles: N = 18.

2.

Numero de Puertas Abiertas al Exterior = 1.

3.

Numero de Puertas Abiertas Interiores = 3.

4.

Área de Piso de las Escaleras = 17.61m² = 189.55 ft²

5.

Altura de la escaleras H = 3.2m = 10.499 ft.

6.

Puerta: Ancho=1.0m, Altura=2.15m; Perímetro=6.3m=20.67ft², Área = 2.15 m² = 23.14ft²

7.

Área Lateral de Edificio = 103.01m x 3.2m = 329.63 m² = 3548.13 ft². (por nivel)

8.

Área Lateral de la Escalera = 18m x 3.2m = 57.60m² = 620 ft².(por nivel)

9.

Área de fuga alrededor de la puerta cerrada = 6.3mx(4/1000)m=0.0252m²= 0.271ft²

10. Temperatura Exterior de Diseño = 30°C = 546°R 11. Temperatura Interior de Diseño = 35°C = 555°R.

12. Áreas típica de fugas de las paredes del edificio (tabla1) = 0.17x10^(-3)=0.00017 13. Áreas típica de fugas de las paredes de Escaleras (tabla1) = 0.11x10^(-3)=0.00011

14.- Fuerza total para la apertura de la puerta = 30 Lb-f ( NFPA 101 y RNE) 15.- Fuerza para vencer el mecanismo cierra puertas = 10 Lb-f

16.- Presión Diferencial Mínima = 0.05 in.w.c ( ver tabla 2). Table 2 Minimum Design Pressure Differences Across Smoke Barriers. (NFPA 92A – 2009 Edition).

AS: Con rociadores. NS: Sin Rociadores.

FUERZA APLICADAS A UNA PUERTA PARA SISTEMA DE CONTROL DE HUMOS

Table 1 Typical Leakage Areas for Walls and Floors of Commercials Buildings

Table 2 Minimum Design Pressure Differences Across Smoke Barriers. (NFPA 92A – 2009 Edition).

AS: Con rociadores. NS: Sin Rociadores.

FORMULA PARA CALCULAR EL CAUDAL DE AIRE CON TODAS LAS PUERTAS CERRADAS

FORMULA PARA CALCULAR EL CAUDAL DE AIRE PARA PUERTAS ABIERTAS

5.2.- CALCULOS. 1. Área de flujo entre el Edificio y el Exterior: Abo = 3548.13x0.00017=0.603 ft² Abo = Área Lateral Edificio *Áreas Típicas de fugas. 2. Área de flujo entre la Escalera y el Edificio : Asb = 620x0.00011 + 0.271 =0.34 ft² Asb = Área Lateral Escalera * Áreas típicas de fugas Escaleras + Área de fuga alrededor de

puerta cerrada . 3. Factor de Temperatura: B=7.64x(1/Text – 1/Tint) = 7.64x(1/555 – 1/546)=0.000227 4. Presión diferencial en la parte inferior de la Escalera : DPsbb =0.08 in.w.c (esto para proveer un grado de protección sobre la mínima elegida, en este caso mayor a 0.05 in.w.c) 5. Distancia sobre la parte inferior de la Escalera Y=NxH = 18x10.50 = 188.98 ft. N= número de niveles; H= Altura. 6. Presión Máxima de Diseño cuando todas las puertas están cerradas. DPmax =(F-Fdc)x2x(W-d)/(5.2xWxA) W= Ancho de la puerta =1.0m = 3.281ft; d= 0.25ft.

A=área de la puerta = 1.0 x 2.15 = 2.15m² = 23.142ft². Dpmax =(30-10)x2x(3.281- 0.25)/(5.2x3.281x23.142) = 0.31 in.w.c. ( ver la formula de la fuerza aplicada a una puerta).

7. Presión diferencial en la parte Superior de la Escalera : DPsbt, aplicamos la ecuación de la presión en función a la altura «y».

DPsbt = 0.08 + 0.000227x188.98 / [1 + (0.34/0.603)²] = 0.11 in.w.c. Presión Diferencial en la parte baja de la escalera DPsbb= 0.8 Facto de Temperatura B=0.000227.

Distancia sobre la parte inferior de la escalera Y=188.98ft. Area de flujo Escalera – Edificio = 0.34ft². Area de flujo Escalera – Exterior =0.603ft².

5.2.1.- FLUJO DE AIRE CON TODAS LAS PUERTAS CERRADAS.

Q = 1740 x 18 x 0.34 x [ 0.113^3/2 - 0.08^3/2] / [0.113 – 0.08]: Q1 = 4942.47 CFM. Datos Adicionales Q/puerta = 3952 / 18 = 274.58 CFM.

5.2.2.- Flujo de aire PUERTAS INTERNAS ABIERTAS = G x N x Asboe Factor de Flujo «G» = 1740 x (DPsbt^3/2 - DPsbb^3/2) / (DPsbt - DPsbb)

Factor de Flujo G = 1740 x (0.113^3/2 – 0.08^3/2) / (0.113– 0.08) = 808.90

Área Efectiva Asboe = (Apuerta² x Abo²) / [ (Apuerta² + Abo²)^0.5 ]

Asboe = (23.14² x 0.603²) / [ (23.14² + 0.603²)^0.5 ] = 0.60 ft² Q2 = 808.90 x 2 x0.60 = 975.50 CFM

5.2.3.- FLUJO DE AIRE PUERTA EXTERIOR ABIERTA Q3 = 2610 x 23.14 x(0.05)^0.5 = 13,506.23 CFM

5.2.4.- CAUDAL DE AIRE TOTAL DEL INYECTOR. Q4 = 274.58 x 15 + 975.50 + 13,506.23 = 18,600.43

CFM

5.2.5.- CAUDAL PARA DIMENSIONAR EL DAMPER. Q5 = 18601 - 4943 = 13,658 CFM Velocidad de aire en el damper de Alivio = 2000 FPM Área = 13,658/2,000 = 6.83 ft² 01 damper de alivio de 2.61’x2.61’= 32”X32”

6.- BALANCE DEL SISTEMA EN CAMPO A puertas Cerradas. 

Prender el equipo en modo manual, regular el caudal de aire con el variador de

frecuencia tal que con todas las puertas cerradas se logre una presión de 0.05”c.a en cada una de ellas, registrar la frecuencia del variador (Frecuencia Mínima).



Medir el caudal en cada una de las rejillas, registrar este caudal individual y total, al caudal total le llamaremos Caudal Mínimo.



Manteniendo la Frecuencia Mínima, con un manómetro diferencial de columna inclinada o de presión diferencial (independiente del sensor diferencial instalado en la escalera)

medir la presión que se logra en cada una de las puertas, registrar estas presiones, las cuales deben ser 0.05”c.a. o ligeramente superior.



Registrar cual es la presión que se está logrando en el Sensor de presión diferencial instalado en la escalera (Dwyer).



Medir las corrientes de fase en el motor eléctrico, y registrarlas.

Con 3 Puertas Abiertas. Abrir a 90° la puerta del 1er Piso (Obligatorio) y 2 puertas interiores (cualquiera, contiguas o no contiguas). Prender el equipo en modo manual, regular el caudal de aire con el variador de frecuencia tal que en todas las puertas que están cerradas se logre una presión de 0.05”c.a en cada una de ellas, registrar la frecuencia del variador (Frecuencia Máxima), la Frecuencia Máxima es menor o igual a 60Hz. Medir el caudal en cada una de las rejillas, registrar este caudal individual y total, al caudal total le llamaremos Caudal Máximo. Manteniendo la Frecuencia Máxima, con un manómetro diferencial de columna inclinada o de presión diferencial (independiente del sensor diferencial instalado en la escalera) medir la presión que se logra en cada una de las puertas cerradas, registrar estas presiones, las cuales deben ser 0.05”c.a. o ligeramente superior. Registrar cual es la presión que se está logrando en el Sensor de presión diferencial instalado en la escalera (Dwyer). Medir las corrientes de fase en el motor eléctrico, y registrarlas.

Balance del Damper de Gravedad. 

Condición Principal: Con todas las puertas cerradas y el equipo inyector con su máximo caudal (poner el variador a 60Hz de manera manual).



Ir regulando la ubicación de las pesas del damper tal que cumpliéndose la condición principal se logre una presión de 0.05”c.a.en cada una de las puertas

de la escalera. 

Medir las presiones en cada una de las puertas y regístralas.

Ventiladores Centrífugos

Damper de Gravedad Barométrico

Damper de Gravedad Barométrico

Transmisor Diferencial de Presión

Transmisor Diferencial de Presión

Transmisor Diferencial de Presión

Transmisor Diferencial de Presión

Transmisor Diferencial de Presión

Esquemas

Recomendaciones: 1) EL SISTEMA DE PRESION POSITIVA EN ESCALERA SE OPERA DESDE EL SISTEMA DE ALARMAS Y SEGURIDAD. 2) EL SISTEMA MANTIENE UNA PRESION POSITIVA AL CAJON DE ESCALERAS PARA QUE SIRVA DE RUTA DE ESCAPE. 3) EL SISTEMA: -DEBE MANTENER SIEMPRE LA PRESION DE 0.25" CA DENTRO DEL CAJON DE ESCALERAS. -PUERTAS CERRADAS: EL CAUDAL ES MINIMO Y ESTO SE CONSIGUE OPERANDO EL VENTILADOR A rpm MINIMO. -PUERTAS ABIERTAS: LA PRESION DECAE POR LO QUE SE INCREMENTA EL CAUDAL. -EL SENSOR DE PRESION SP GOBIERNA EL VARIADOR DE FRECUENCIA VF Y POR LO TANTO CONTROLA EL CAUDAL. -EL VENTILADOR SE DETIENE AL DETECTAR HUMO EN SECCIÓN ( SENSOR DE HUMOS)

7.- CONCLUSIONES. 1. Como sabemos las ESCALERAS PRESURIZADAS, así como los Vestíbulos previos ventilados, están catalogados por la NFPA como SEGURIDAD HUMANA, en tal sentido hay vidas en juego, lo cual nos obliga a aplicar todos nuestros conocimientos técnicos y éticos al

momento de Diseñar, Construir y/o instalar sistemas de presurización de escaleras. 2. Los Caudales de aire para lograr la presurización adecuada son caudales relativamente altos, tener en consideración la puerta abierta del 1er nivel. En tal sentido los ductos o montantes también serán grandes. 3. Los ingenieros y los Arquitectos somos los responsables de coordinar y proveer los espaciamientos adecuados para el correcto funcionamiento del sistema (Espacios para Equipos, Tamaño y ubicación de montantes).

4.- NUESTRO ACTUAR COMO PROFESIONALES

1ro Ético, 2do Técnico, 3ro Legal ( No siempre lo legal es correcto, pero lo ético esta

sobre lo técnico y legal.)

8.- BIBLIOGRAFIA.

1. Reglamento Nacional de Edificaciones 2016.

2. ASHRAE Handbook 2015 – HVAC APPLICATIONS. 3. NFPA 92A – 2009 4. NFPA 101 Código de seguridad Humana 5. Principles of Smoke Management ( John H. klote; James A. Milke)

6. Handbook of Smoke Control Enginering ( John H. klote; James A. Milke) 7. Experiencia del Autor.

PRESURIZACION DE ESCALERAS

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