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REVISIÓN DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO DE UNA RED DE
ROCIADORES EN UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS A
PARTIR DE DOS HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES.
LEIDY JOHANA LOPEZ MANGA
EDWIN ALEXANDER MARIN GOMEZ
ING. JULIO CUESTA OLAVE
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C., OCTUBRE DE 2019
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REVISIÓN DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO DE UNA RED DE
ROCIADORES EN UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS A
PARTIR DE DOS HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES.
LEIDY JOHANA LOPEZ MANGA
EDWIN ALEXANDER MARIN GOMEZ
ING. JULIO CUESTA OLAVE
UNIVERSIDAD MILITAR NUEVA GRANADA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C., OCTUBRE DE 2019
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Nota aceptación
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
________________________________ Firma de tutor
________________________________ Firma de jurado 1
________________________________ Firma de jurado 2
Bogotá D. C., Octubre de 2019
4
DEDICATORIA
El presente trabajo investigativo lo dedicamos principalmente a Dios, por permitirnos
el haber llegado hasta este momento tan importante de nuestra formación
profesional.
A nuestros padres, por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años, por estar
siempre presentes, acompañándonos y por el apoyo moral que nos brindaron a lo
largo de esta etapa de nuestras vidas. Gracias a ustedes hemos logrado llegar hasta
aquí y convertirnos en lo que somos.
A todas las personas que nos han apoyado y han hecho que el trabajo se realice
con éxito en especial a aquellos que nos abrieron las puertas y compartieron sus
conocimientos.
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AGRADECIMIENTOS
Los autores expresan su agradecimiento a:
Julio Cuesta Olave, Ingeniero Civil, profesor y guía en todo el proceso de
investigación; por sus apreciables enseñanzas, contribuciones y empeño en la
realización del proyecto.
REDES Y FLUIDOS S.A.S. Ingeniero Jairo Moreno Godoy y Néstor Cerón,
compañía la cual nos abrió sus puertas, brindándonos acompañamiento y
conocimiento durante el desarrollo del proyecto.
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TABLA DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................... 14
1. FORMULACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ........................................................................ 15
2. OBJETIVOS ................................................................................................................................................... 16
a) OBJETIVO GENERAL ............................................................................................................................. 16
b) OBJETIVOS ESPECIFICOS .................................................................................................................. 16
3. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................................................... 17
4. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................................... 18
4.1. GENERALIDADES DEL FUEGO ...................................................................................................... 18
4.2. PRODUCTOS DE LA COMBUSTION ............................................................................................. 19
4.3. TRANSFERENCIA DE CALOR ......................................................................................................... 20
4.3.1. Conducción: ................................................................................................................................ 20
4.3.2. Radiación: .................................................................................................................................... 20
4.3.3. Convección: ................................................................................................................................. 20
4.4. FUENTES DE IGNICION .................................................................................................................... 20
4.5. PRINCIPIOS DE PROTECCION CONTRA INCENDIOS ........................................................... 21
4.5.1. PROTECCIÓN PASIVA ............................................................................................................ 21
4.5.2. PROTECCIÓN ACTIVA ............................................................................................................ 21
4.5.2.1. ROCIADOR O SPRINKLER ............................................................................................... 22
4.5.2.2. BOMBAS CONTRA INCENDIOS ...................................................................................... 23
4.5.2.3. TUBERÍAS. ............................................................................................................................. 23
4.5.2.4. VÁLVULAS. ............................................................................................................................ 23
4.5.3. ETAPAS DE LA INGENIERÍA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS .................. 24
4.5.3.1. INGENIERÍA CONCEPTUAL. ............................................................................................ 24
4.5.3.2. INGENIERÍA BÁSICA. ......................................................................................................... 25
4.5.3.3. INGENIERÍA DE DETALLE. ............................................................................................... 25
4.6. HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES ...................................................................................... 25
4.6.1. EPANET 2.0 ................................................................................................................................ 26
4.6.2. FIRE’S ELITE PROGRAM versión 6.02.12 ......................................................................... 26
4.6.3. AUTOSPRINK. ........................................................................................................................... 27
4.6.4. HASS. ........................................................................................................................................... 27
4.6.5. HIDCAL. ....................................................................................................................................... 27
4.6.6. SPRINKCAD. .............................................................................................................................. 28
5. NORMATIVIDAD ........................................................................................................................................... 28
5.1. NORMATIVA COLOMBIANA ............................................................................................................. 28
5.1.1. NSR-10 TÍTULO J...................................................................................................................... 29
5.1.2. NSR-10 TÍTULO K ..................................................................................................................... 29
7
5.1.3. NTC 2301 ..................................................................................................................................... 29
5.1.4. NTC 1669 ..................................................................................................................................... 30
5.2. NORMATIVA INTERNACIONAL ....................................................................................................... 30
5.2.1. NFPA 101 .................................................................................................................................... 30
5.2.2. NFPA 13 ....................................................................................................................................... 30
5.2.2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS OCUPACIONES Y MERCANCIAS .................................. 31
5.2.3. NFPA 14 ....................................................................................................................................... 33
5.2.4. NFPA 20 ....................................................................................................................................... 33
6. APLICACIÓN DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS Y MODELACIÓN HIDRÁULICA CON LAS HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES EPANET Y FIRE’S ELITE. ........................................................................................................................................................ 34
6.1. DISEÑO DE SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO A BASE DE AGUA, ROCIADORES SEGÚN NPFA 13. ................................................................................................................ 35
6.2. APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES A UNA RED DE ROCIADORES DE RIESGO LEVE. .............................................................................................................. 36
6.2.1. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO EN HERRAMIENTA EPANET. ............................ 43
6.2.2. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO EN HERRAMIENTA FIRE’S ELITE. ................... 48
6.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS. .......................................................................................................... 52
7. CONCLUSIONES ......................................................................................................................................... 58
8. ANEXOS ......................................................................................................................................................... 60
8.1. ANEXO 1. ............................................................................................................................................... 60
8.2. ANEXO 2. ............................................................................................................................................... 60
8.3. ANEXO 3. ............................................................................................................................................... 61
8.4. ANEXO 4. ............................................................................................................................................... 62
8.5. ANEXO 5. ............................................................................................................................................... 69
8.6. ANEXO 6. ............................................................................................................................................... 71
8.7. ANEXO 7. ............................................................................................................................................... 72
8.8. ANEXO 8. ............................................................................................................................................... 73
9. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 76
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Lista de tablas
Tabla 1, CUADRO DE ÁREAS DE LA EDIFICACIÓN. ......................................... 37
Tabla 2, CLASIFICACIÓN DE RIESGO Y TIPO DE PROTECCIÓN DE ACUERDO
CON LA NSR-10 TÍTULO J Y NFPA 13. ............................................................... 38
Tabla 3, DATOS GENERALES DE ENTRADA PARA EL MANEJO DE LAS
HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES. ............................................................ 40
Tabla 4, RESULTADOS QUE INDICAN ELEVACIÓN, DEMANDA, CABEZA
DINÁMICA Y PRESIÓN EN LOS NODOS. ........................................................... 46
Tabla 5, RESULTADOS QUE INDICAN DIAMETRO, CAUDAL Y VELOCIDAD EN
LAS TUBERIAS. .................................................................................................... 47
Tabla 6, RESULTADOS DE PRESIÓN EN LOS ROCIADORES .......................... 52
Tabla 7, RESULTADO DE LA DEMANDA EN LOS ROCIADORES ..................... 53
Tabla 8, RESULTADO DE PRESIÓN EN LOS ROCIADORES ............................ 55
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Lista de ilustraciones
Ilustración 1, TRIANGULO DEL FUEGO. (CONTRA INCENDIOS, 2016) ....................................... 18
Ilustración 2, COMPONENTES DE UN ROCIADOR AUTOMÁTICO, (ING. JAVIER SOTELO, 2016)
........................................................................................................................................................... 22
Ilustración 3, EJEMPLO VÁLVULA DE COMPUERTA CIERRE ELÁSTICO. .................................. 24
Ilustración 4, TRAZADO RED DE ROCIADORES UBICADOS EN LA PARTE SUPERIOR DEL
TEATRO. ........................................................................................................................................... 39
Ilustración 5, DISTANCIAMIENTO ENTRE ROCIADORES SEGÚN NFPA 13. .............................. 40
Ilustración 6, ÁREA CRITICA AUDITORIO (1500 FT2). ................................................................... 42
Ilustración 7,INGRESO DE DATOS DE ENTRADA (UNIDADES, ECUACIÓN DE PÉRDIDAS DE
ENERGÍA, ENTRE OTROS). ............................................................................................................ 43
Ilustración 8,DIAGRAMA DE ENUMERACIÓN DE LOS NODOS E IDENTIFICACIÓN DE LOS
ROCIADORES. ................................................................................................................................. 43
Ilustración 9,IDENTIFICACIÓN DE LA RUTA CRÍTICA Y MODELACIÓN. ..................................... 44
Ilustración 10,INGRESO DATOS DE ENTRADA EN LOS NODOS (IDENTIFICACION,
ELEVACIÓN, COEFICIENTE EMISOR EN ROCIADORES). ........................................................... 44
Ilustración 11,INGRESO DATOS DE ENTRADA EN LAS TUBERÍAS (IDENTIFICACION,
LONGITUD, DIÁMETRO, RUGOSIDAD). ......................................................................................... 45
Ilustración 12,RESULTADOS DE PRESIÓN EN LOS NODOS. ....................................................... 45
Ilustración 13,RESULTADOS DE CAUDAL EN LAS TUBERÍAS. .................................................... 46
Ilustración 14,INGRESO DATOS DE ENTRADA (TIPO DE MATERIAL, FACTOR K, EQUIPO DE
SISTEMA DE DESCARGA, DESCRIPCIÓN DE RIESGO, DENSIDAD GPM/FT2, ÁREA DE
OPERACIÓN DE ROCIADORES). ................................................................................................... 48
Ilustración 15, INGRESO DE DATOS DE LA RUTA CRÍTICA DE MANERA ESCRITA (NODO DE
INICIO Y FIN, DIÁMETRO, LONGITUD, ELEVACIÓN DE LOS NODOS) ....................................... 49
Ilustración 16, ELECCIÓN DE MODO DE CÁLCULO (INDICAR PRESIÓN RESIDUAL, % DE
BALANCEO DE PRESIONES, NUMERO DE ITERACIONES) ........................................................ 49
Ilustración 17, ENTREGA DE RESULTADOS SEGUN NFPA 13. ................................................... 50
Ilustración 18, GRAFICA PRESION (psi) VS CAUDAL (gpm) SEGUN INDICA NFPA 13. .............. 51
Ilustración 19, RESULTADO DE LA DEMANDA EN LOS ROCIADORES ....................................... 56
Ilustración 20, CLASIFICACIÓN DE OCUPACIÓN SEGÚN NSR-10 TÍTULO J. ............................. 60
Ilustración 21, ÁREAS DE PROTECCIÓN Y ESPACIAMIENTO MÁXIMO SEGÚN NFPA 13. ....... 61
Ilustración 22, RESULTADOS DE PRESIONES EN LOS NODOS .................................................. 65
Ilustración 23, RESULTADO CAUDAL DE DESCARGA EN LOS NODOS DE ROCIADORES ...... 66
Ilustración 24, RESUMEN DE RESULTADOS FIRE’S ELITE .......................................................... 67
Ilustración 25, GRÁFICA PRESIÓN (psi) VS CAUDAL (gpm). ......................................................... 68
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Ilustración 26, MATERIALES Y DIMENSIONES DE TUBERÍAS EMPLEADAS EN LA
CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO A BASE DE AGUA
SEGÚN LA NFPA 13. ........................................................................................................................ 71
Ilustración 27, PARÁMETROS DE ENTREGA DE RESULTADOS SEGÚN NFPA 13. ................... 75
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GLOSARIO
ACCESORIOS: Para el uso en sistemas hidráulicos existe una selección de accesorios hidráulicos. Medidores (manómetros) para la vigilancia de presión, instrumentos de mando (presostatos) para la conmutación en función de la presión. (HAWE, n.d.) BERNOULLI: Describe el comportamiento de un líquido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. (WIKIPEDIA, n.d.) Bombas Hidráulicas: Es una maquina capaz de transformar la energía con la que funciona (generalmente mecánica o eléctrica) en energía del fluido que intenta mover. Dicho de otra forma, suministra al fluido el caudal y la presión necesaria para cumplir determinada función. (COMO, n.d.) CAUDAL: Se define como caudal o gasto al volumen de líquido que fluye (es decir que pasa por una sección transversal) en un determinado tiempo. Física practica (FISICA, n.d.) COMBUSTIÓN: Quema de cualquier sustancia, ya sea gaseosa, líquida o sólida. En la combustión, el combustible se oxida y desprende calor y, con frecuencia, luz. (ECURED, n.d.) ENERGÍA: La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza. (ESO, n.d.) HIDRÁULICA: Tecnología que emplea un líquido o fluido, bien agua o aceite (normalmente aceites especiales), como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. (TECNOLOGIA, n.d.) IGNICIÓN: Acción y efecto de estar un cuerpo ardiendo o incandescente. Ocurre cuando el calor que emite una reacción llega a ser suficiente como para sostener la reacción
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química. El paso repentino desde un gas frío hasta alcanzar un plasma se denomina también ignición. (ECURED, ECURED, n.d.) INCENDIO: Aquel fuego grande que se produce en forma no deseada, propagándose y destruyendo lo que no debía quemarse. (CONCEPTO, n.d.) MANGUERA: tubo hueco flexible diseñado para transportar fluidos de un lugar a otro. (WIKIPEDIA, n.d.) NFPA: Es una organización fundada en Estados Unidos en 1896, encargada de crear y mantener las normas y requisitos mínimos para la prevención contra incendio, capacitación, instalación y uso de medios de protección contra incendio, utilizados tanto por bomberos, como por el personal encargado de la seguridad. (WIKIPEDIA, NFPA, n.d.) NSR – 10: El Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-10) es el reglamento colombiano encargado de regular las condiciones con las que deben contar las construcciones con el fin de que la respuesta estructural a un sismo sea favorable. (PLINCO, n.d.) PRESIÓN: Es una magnitud física que mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una línea. (WIKIPEDIA, n.d.) REDES: Sistema de elementos (tuberías, bombas, válvulas, tanques, etc.) que se conectan entre sí para transportar determinadas cantidades de fluido y donde las presiones nodales deben, en general, cumplir con un valor mínimo establecido n las normas locales. (HIDRAULICA, n.d.) RIESGO: se define como la combinación de la probabilidad de que se produzca un evento y sus consecuencias negativas. Los factores que lo componen son la amenaza y la vulnerabilidad. (CIIFEN, n.d.)
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ROCIADORES: son uno de los sistemas más antiguos para la protección contra incendios en todo tipo de edificios. Están concebidos para detectar un conato de incendio y apagarlo con agua o controlarlo para que pueda ser apagado por otros medios. Los rociadores automáticos protegen prácticamente la totalidad de los inmuebles, salvo contadas ocasiones en las que el agua no es recomendable como agente extintor y deben emplearse otros sistemas más adecuados. Se trata de un sistema totalmente independiente y automático de protección contra incendios, por lo que no requiere de ningún otro sistema que los active. (PREFIRE, n.d.) TUBERÍA: Conducto que sirve para transportar agua, gases, cemento e inclusive cereales. (DICCIONARIO, n.d.)
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INTRODUCCIÓN
Actualmente los programas empleados en el análisis de redes contra incendios
requieren de inversiones económicas, las cuales limitan a los diseñadores que están
iniciando en el campo, estos softwares contienen un formato de entrega de
resultados basados en las normas existentes.
Debido al alto costo de los softwares especializados en el diseño de redes contra
incendio provoca que las empresas eviten realizar este tipo de diseños optando por
la contratación de terceros, estos softwares representan una gran inversión a la hora
de iniciar una empresa encaminada al diseño de sistemas de protección contra
incendios en edificaciones; la importancia de analizar el funcionamiento de dichos
programas existentes radica en encontrar o relacionar dicho funcionamiento con los
programas de uso libre que encontramos en la internet, facilitando así a las
empresas o las personas que quieran trabajar en esta área una nueva herramienta
que no les genere gastos adicionales a las empresas y que además sea de fácil
acceso y fácil entendimiento.
En este documento se realiza el análisis de dos herramientas computacionales, una
de ellas está relacionada con la hidráulica convencional (software libre) y la otra es
un software especializado en el diseño de redes contra incendio (software con
licencia), estos dos programas serán aplicados a el diseño de la red contra incendios
de una edificación hipotética, donde se analizaran y compararan los valores
obtenidos de presiones, caudales y formato de entrega de resultados, con el objetivo
de comprobar que el programa de uso libre puede ser utilizado a la hora de realizar
un diseño de redes contra incendio. Esta comprobación estará basada en los
lineamientos que nos exigen las normas colombianas NSR-10, NTC 1669 y la norma
americana NFPA.
Los programas más utilizados a nivel comercial son:
• FIRE’S ELITE PROGRAM
• AUTOSPRINK
• HASS
• HIDCAL
• SPRINKCAD
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1. FORMULACIÓN Y DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
El diseño de redes hidráulicas actualmente se maneja por medio de software, para
los cuales es necesario adquirir una licencia y así poder hacer uso de ellos, por lo
que esta es una de las mayores limitaciones a la hora de realizar un diseño
hidráulico de protección contra incendio a base de agua; adicionalmente se limita el
crecimiento de una empresa que este en busca de enforcarse en el área de diseños
hidráulicos debido a que debe recurrir a terceros para poder realizar los diseños
nombrados anteriormente, el escaso conocimiento y estudio de los programas de
uso libre de diseño ha generado que las empresas que tienen la capacidad
económica para adquirir los software de diseño prefieran invertir en estos antes de
probar o lograr entender el funcionamiento general de estos programas.
Por lo cual el objeto de este trabajo es poder implementar un software libre y
demostrar su veracidad y encontrar una correlación en el funcionamiento de un
programa pago y un programa de uso libre buscando así demostrar la veracidad de
los resultados obtenidos en el uso de este software y de este modo generar
confianza en las empresas a la hora de usar un software libre en el diseño hidráulico
de protección contra incendio a base de agua, esto generara una disminución
importante en las inversiones y adicionalmente proporcionara un software de fácil
acceso y entendimiento para los diseñadores. Comparando los resultados
obtenidos de las dos herramientas computacionales en el marco de los
requerimientos de la normativa NFPA 13 y NSR 10.
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2. OBJETIVOS
a) OBJETIVO GENERAL
Revisión del comportamiento hidráulico de una red de rociadores en un sistema de
protección contra incendios a partir de dos herramientas computacionales (software
con licencia y software libre), con el fin de realizar una comparación de los
programas empleados, validándose así la aplicación de un software libre en el
cálculo hidráulico de redes a presión de Rociadores Automáticos en redes de
protección contra incendio en el marco de la normativa NFPA 13 ( Norma para la
instalación de Rociadores Automáticos).
b) OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Realizar el diseño conceptual de una red tipo de rociadores automáticos en una
edificación.
• Revisión de la normativa nacional e internacional que rige el diseño de sistemas
de protección contra incendio en edificaciones y sistemas de rociadores
automáticos a base de agua.
• Encontrar la relación que existe entre los programas de redes contra incendio
comercial y un programa para solución de redes hidráulicas de libre acceso.
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3. JUSTIFICACIÓN Actualmente los programas que existen para el análisis de redes contra incendios
requieren una inversión económica inicial, que en algunos casos dificulta la
implementación de estas herramientas por parte de los diseñadores en el país. Por
esto se busca comparar y analizar los resultados obtenidos después de la
implementación de dos herramientas computacionales. En primer lugar una
herramienta computacional especializada en la modelación hidráulica de sistemas
de rociadores a base de agua (software comercial) y en segunda medida una
herramienta computacional de uso libre en hidráulica, en la aplicación de las
normativas NFPA 13 y otro que se basa en la hidráulica tradicional, es considerado
un software libre, en aras de poder establecer similitudes y diferencias en resultados
hidráulicos y presentación de resultados conforme en la normatividad vigente en el
país NSR 10.
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4. MARCO TEÓRICO
4.1. GENERALIDADES DEL FUEGO
Es una reacción química entre un combustible y un comburente con
desprendimiento de energía en forma de luz y calor.
Para que se produzca un fuego se requieren cuatro elementos, combustible,
comburente, calor y reacción en cadena. Cada elemento individual es dependiente
de los otros para que se produzca una combustión. Esto, comúnmente se conoce
como el triángulo del fuego y corresponde al concepto básico para la prevención y
control del fuego. ver ilustración 1. Las características de los 4 elementos son:
• Combustible: se denomina combustible a cualquier sustancia capaz de arder.
Dicha sustancia puede presentarse en estado sólido, liquido o gaseoso.
• Comburente: el comburente (normalmente el oxígeno del aire) es el
componente oxidante de la reacción.
• Calor: el calor o energía de activación, es la energía que se precisa aportar
para que el combustible y el comburente (oxigeno) reaccionen en un tiempo
y espacio determinado.
• Reacción en cadena: la reacción en cadena es el factor que permite que
progrese y se mantenga la reacción una vez se ha iniciado esta.
Ilustración 1, TRIANGULO DEL FUEGO. (CONTRA INCENDIOS, 2016)
Para controlar el fuego generado, bastará con retirar algunos de sus componentes,
por ejemplo, el oxígeno en el ambiente o recinto, el material combustible, o la fuente
de calor. Basado en este criterio se encuentran diferentes alternativas de protección
contra incendio, las cuales acometen una o varias de estas componentes al tiempo,
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como son: El uso de agua a través de rociadores automáticos, agente limpio, agua
nebulizada, polvos químicos secos, etc.
4.2. PRODUCTOS DE LA COMBUSTION
Cuando se produce un fuego, la reacción entre el combustible y el comburente
provoca la emisión de ciertos productos:
• Llamas: Son gases incandescentes que se desprenden de la combustión y
que pueden llegar a tener temperaturas cercanas a los 1700 ̊ C. su coloración
puede darnos información sobre el tipo de combustible que está ardiendo.
Llama azul…………..… Alcohol, gas natural
Llama amarilla………. Combustible ordinario, clase A
Llama roja…………….. Líquidos inflamables
Llama blanca………… Diversos metales
• Humo: Son partículas incompletamente quemadas, que son arrastradas por
corrientes de convección. Es el factor que produce el Pánico en las personas
que se ven presas de un incendio. Su coloración puede darnos información
sobre el tipo de combustible que está ardiendo:
Humo blanco…………….. Productos vegetales
Humo amarillo………….. Sustancias químicas, azufre
Humo negro……………… Derivados del petróleo
• Calor: Es la forma de energía que se caracteriza por la vibración de
moléculas, capaz de iniciar y mantener cambios químicos y de estado.
• Gases: Compuestos químicos gaseosos que se forman por reacción entre el
O2 y los distintos elementos de la materia combustible. Es el producto más
peligroso y en ocasiones mortal al que nos enfrentamos los bomberos y las
personas que se ven afectadas por un incendio. Algunos de los gases más
peligrosos que aparecen en los incendios son:
Monóxido de carbono
Anhidrido carbónico
Sulfuro de hidrógeno
Cianuro de hidrógeno
Amoniaco
(juntadeandalucia.es, n.d.)
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4.3. TRANSFERENCIA DE CALOR
Existen 3 mecanismos principales para la transferencia de calor: Conducción,
Radiación, Convección.
4.3.1. Conducción: El calor puede transmitirse de un material a otro debido al contacto físico
entre ambos. El calor fluye de un cuerpo más caliente a otro más frio, y
depende de la conductividad térmica de este último.
4.3.2. Radiación: El calor es una energía, y como tal, tiene la posibilidad de desplazarse en
línea recta a través del espacio, hasta que sea detenida por algún objeto. La
facilidad para absorber el calor radiado depende del tipo de superficie del
cuerpo más frío y del área de superficie radiante del cuerpo más caliente.
4.3.3. Convección: La energía calorífica también puede transmitirse a través del movimiento de
un fluido, como puede ser el aire o un líquido.
(QUIMICA Y FISICA DEL FUEGO, OPCI, 2009)
4.4. FUENTES DE IGNICION
Se necesita una fuente de ignición para iniciar un proceso de combustión. Existen
cuatro fuentes principales de energía calorífica: química, eléctrica, mecánica y
nuclear.
4.4.1. Energía química:
Todas las sustancias capaces de combinase con el oxígeno, si se exponen
al aire, se oxidan a una temperatura crítica, dando como resultado la
producción de calor. Cuando el calor producido no puede desplazarse
rápidamente, se produce la ignición espontánea.
4.4.2. Energía eléctrica:
Otra fuente de ignición característica es el calor producido por energía
eléctrica: Hay cinco formas de generar calor por energía eléctrica, que puede
dar lugar a un incendio: resistencias, arcos voltaicos, chispas, electricidad
estática y relámpagos.
4.4.3. Energía mecánica:
El calor que se produce por fricción de dos cuerpos sólidos es una cauda
frecuente de incendios. Esta fricción transforma la energía mecánica en calor.
4.4.4. Energía nuclear:
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Energía calorífica que se desprende del se desprende del núcleo de un
átomo debido a su fisión nuclear. La energía nuclear puede ser millones de
veces superior a las que se generan en las reacciones químicas ordinarias.
4.4.5. Explosiones:
Expansión de gases repentina y violenta, puede estar acompañada también
de ondas de presión y de roturas de recipientes o estructuras. Pueden ser
de tipo químico, mecánico, atómico o térmico.
(QUIMICA Y FISICA DEL FUEGO, OPCI, 2009)
4.5. PRINCIPIOS DE PROTECCION CONTRA INCENDIOS
Como fue detallado anteriormente, una vez se sabe cómo se inicia y desarrolla un
fuego y que tipos de combustibles se tienen, se puede entender como extinguir un
incendio. Lo que se debe hacer es retirar uno de los tres componentes que
conforman el triángulo del fuego.
• Eliminación: Se retira el combustible.
• Sofocación: Se actúa sobre el oxígeno.
• Enfriamiento: Se retira el calor.
• Inhibición: Se evita la reacción en cadena.
4.5.1. PROTECCIÓN PASIVA
Como protección pasiva se entiende toda aquella protección que contribuye a evitar
la propagación del incendio, es decir, ayuda a contener el fuego por secciones, para
retardar el avance del fuego se divide el edificio en sectores de incendio de
determinados tamaños máximos, sectores limitados por paredes, techo, suelo y
puertas de una cierta resistencia al fuego. En la evacuación, pasar de un sector a
otro, es llegar a un lugar más seguro. Todo edificio, completo, ha de ser también un
sector de incendio para evitar que el fuego pase a los edificios colindantes.
(DANA CAROLINA AGUDELO CALDERÓN, 2011), (NSR-10).
4.5.2. PROTECCIÓN ACTIVA
Tipo de protección al fuego consistente en la instalación de mecanismos
automáticos de detección y de extinción de fuego. Algunos de ellos son: detectores
de humo con alarmas sonoras, sistemas de extinción con productos químicos y
rociadores de agua entre otros. (DANA CAROLINA AGUDELO CALDERÓN, 2011),
(NSR-10).
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Como protección activa a base de agua se distinguen los siguientes elementos:
4.5.2.1. ROCIADOR O SPRINKLER Los rociadores automáticos o sprinklers son uno de los sistemas más antiguos para
la protección contra incendios en todo tipo de edificios. Están concebidos para
detectar un conato de incendio y apagarlo con agua o controlarlo para que pueda
ser apagado por otros medios. Los rociadores automáticos (ver ilustración 2)
protegen prácticamente la totalidad de los inmuebles, salvo contadas ocasiones en
las que el agua no es recomendable como agente extintor y deben emplearse otros
sistemas más adecuados. Se trata de un sistema totalmente independiente y
automático de protección contra incendios, por lo que no requiere de ningún otro
sistema que los active.
Los rociadores automáticos disponen de un orificio para la salida del agua, un
mecanismo de disparo y un deflector para convertir el chorro de salida en una
rociada de agua por la zona donde haya fuego de incendio.
El disparo del rociador puede hacerse por dos mecanismos: por un elemento
termosensible o por un detector de incendios.
(National Fire Protection Association, NFPA 13 Standard for the Installation of
Sprinkler Systems, 2007), (Rociadores. PREFIRE PCI, n.d.), (ING. JAVIER
SOTELO, 2016)
Ilustración 2, COMPONENTES DE UN ROCIADOR AUTOMÁTICO, (ING. JAVIER SOTELO, 2016)
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4.5.2.2. BOMBAS CONTRA INCENDIOS
Una Bomba Contra Incendio es un dispositivo que toma agua de cualquier fuente
tal como la municipalidad, cisterna, tanque, río, piscina, mar, etc., incrementando la
presión de esta con el propósito de suplir el flujo necesario a cualquier sistema de
protección de incendios (sistemas de rociadores, mangueras, espuma, etc.). Su
instalación se debe llevar a cabo siguiendo normatividad especializada, ejemplo
norma NFPA 20, y particularmente se destaca que el suministro de agua puede
tener cabeza positiva o puede ser de tipo vertical para succionar de un depósito con
cabeza negativa.
Teniendo en cuenta que el sistema contra incendio puede tener como objetivo
principal de protección salvaguardar la vida o la propiedad, las bombas contra
incendio son un compenetre esencial del sistema, y se garantizan principalmente
por tener un alto grado de sacrificio.
(National Fire Protection Association, NFPA 20 Standard for the Installation of
Stationary Pumps for Fire Protection, 2018)
4.5.2.3. TUBERÍAS. Se definen las tuberías como conductos que cumplen la función de transportar agua
u otros fluidos.
La NFPA 13 en su capítulo 6.3 define el material que debe conformar las tuberías
las cuales deben ser empleadas en la construcción de sistemas de redes contra
incendios los cuales son hierro, acero y cobre; estos materiales deben cumplir con
especificaciones técnicas refiriéndose a otras normas como la ASTM (American
Society for Testing and Materials). (ver anexo 6).
4.5.2.4. VÁLVULAS.
Las válvulas son instrumentos de regulación y control de fluido; es decir que son
dispositivos mecánicos con los cuales se puede iniciar, detener o regular la
circulación de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u
obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos.
“Cada sistema de rociadores deberá estar provisto de una válvula indicadora listada
en una posición accesible, ubicada de modo que controle todas las fuentes
automáticas de abastecimiento de agua.”
(National Fire Protection Association, NFPA 13 Standard for the Installation of
Sprinkler Systems, 2007).
24
Ilustración 3, EJEMPLO VÁLVULA DE COMPUERTA CIERRE ELÁSTICO.
(GRUPO ALMAGROMUR, n.d.)
4.5.3. ETAPAS DE LA INGENIERÍA DE PROTECCIÓN CONTRA
INCENDIOS
Las etapas de la ingeniería de protección contra incendio se pueden resumir en su
amplio sentido como una etapa conceptual encargada de realizar un análisis general
que abarque tanto una evaluación de riesgo como un tipo de protección ya sea
pasiva o activa que proporcione un nivel aceptable de seguridad contra un conato
de incendio, y una etapa de ingeniería básica y detalle donde se materializa lo
anteriormente mencionado, determinando las características técnicas de los
sistemas y equipos seleccionados, todo esto por medio de cálculos y análisis
fundamentados en la normatividad que rigüe el diseño de sistemas de protección
contra incendios, para concluir en el diseño y elaboración de planos de un sistema
contra incendios.
4.5.3.1. INGENIERÍA CONCEPTUAL.
El objeto fundamental de la ingeniería conceptual es el de identificar un nivel
aceptable de seguridad contra incendios en las instalaciones e identificar, analizar,
evaluar y seleccionar las diferentes alternativas aplicables de protección contra
incendio, de acuerdo con los criterios actuales de ingeniería.
a) Identificación de los materiales involucrados.
25
b) Identificación, análisis y evaluación de los riesgos.
c) Definición del tipo de protección pasivas y activas aplicables.
d) Definición del grado de automatización requerido para los sistemas de
protección según el nivel de capacitación del personal y su permanencia en
las diferentes áreas.
e) Estimación de la magnitud de las instalaciones y de los equipos requeridos.
f) Definición de las características técnicas más sobresalientes de los equipos
requeridos.
4.5.3.2. INGENIERÍA BÁSICA.
a) Se determina la capacidad de cada uno de los sistemas de protección previstos
o preseleccionados en la ingeniería conceptual.
b) Se establecen las características técnicas de los sistemas y de los equipos,
materiales y componentes principales.
c) Se establece la capacidad y las características técnicas por medio de cálculos,
análisis y estudios de ingeniería que se fundamentan las normas sobre
protección contra incendio, mediante la aplicación de técnicas conocidas y
probadas dentro del campo mismo de las ingenierías y en experiencias del
diseñador.
d) Elaboración de los planos del sistema de protección contra incendios y las
especificaciones técnicas correspondientes que contienen todos los
requerimientos para el diseño, fabricación y suministro de cada uno de los
equipos, componentes y accesorios.
e) Los planos comprenden, los diagramas de flujo, la disposición de las áreas y
equipos que serán protegidos, la disposición de todos los sistemas y equipos
contra incendios, el trazado de las tuberías, los diagramas isométricos de
tubería, la definición y especificación de los sistemas de detección, señalización
y control, las listas de materiales y demás planos complementarios.
4.5.3.3. INGENIERÍA DE DETALLE.
a) El diseño se puntualiza o se particulariza en cada uno de sus aspectos y se
define la mayoría de los detalles técnicos específicos de los equipos,
materiales, componentes y demás accesorios.
b) Elaboración de los planos para montaje del sistema contra incendios.
4.6. HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES
Son programas, aplicaciones o simplemente instrucciones empleadas para efectuar
otras tareas de modo más sencillo que permiten la máxima calidad en su uso; a
26
continuación, se relacionan algunas de las herramientas computacionales
existentes en el mercado, tanto software libre como comercial.
4.6.1. EPANET 2.0 Es una herramienta computacional de modelado de sistemas de distribución de
agua potable.
EPANET es una aplicación de software utilizada en todo el mundo para modelar
sistemas de distribución de agua. Fue desarrollado como una herramienta para
comprender el movimiento y el destino de los componentes del agua potable dentro
de los sistemas de distribución, y puede usarse para muchos tipos diferentes de
aplicaciones en el análisis de sistemas de distribución.
Hoy en día, los ingenieros y consultores usan EPANET para diseñar y dimensionar
nueva infraestructura de agua, modernizar la infraestructura existente, optimizar las
operaciones de tanques y bombas, reducir el uso de energía, investigar problemas
de calidad del agua y prepararse para emergencias. También se puede usar para
modelar amenazas de contaminación y evaluar la resistencia a amenazas de
seguridad o desastres naturales.
Cabe aclarar que el programa es de dominio público y es desarrollado por la
Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos.
(Environmental Protection Agency, n.d.)
4.6.2. FIRE’S ELITE PROGRAM versión 6.02.12 El programa de incendios de Elite realiza rápidamente todos los cálculos hidráulicos
necesarios según lo exige la Asociación Nacional de Protección contra Incendios
(NFPA 13). Fire también estima los requisitos de la cabeza de rociadores, calcula
los tamaños óptimos de tubería y realiza automáticamente un análisis de pico. Fire
puede manejar todo tipo de sistemas de rociadores (árboles, rejillas e híbridos) con
hasta 1,000 o más rociadores y tuberías. Los medidores y tuberías verticales
también se pueden analizar.
El programa de incendios Elite calcula el flujo de agua y la velocidad de GPM a
través de todas las secciones de tubería, el flujo de GPM y la presión residual en
cada cabezal de rociadores, las pérdidas de presión incurridas en cada sección de
tubería debido a los cambios de fricción y elevación, la presión máxima de demanda
del sistema y el agua total GPM exigido por el sistema. El formato del informe está
diseñado para ayudar tanto al diseñador como al revisor del plan.
(Elite Software Development, n.d.)
27
4.6.3. AUTOSPRINK. AutoSPRINK es un programa CAD innovador y altamente especializado basado en
la programación de objetos orientados, que permite el diseño, cálculo,
prefabricación y montaje de rociadores automáticos y redes hidráulicas de
protección contra incendios, hidrantes, carretes de manguera, agua pulverizada y
espuma de agua.
AutoSPRINK funciona en un entorno Windows y requiere otras aplicaciones como
AutoCAD. Al usar elementos "inteligentes", los desarrolladores no obtienen solo un
dibujo simple, sino un modelo 3D preciso, cuyos componentes se comportan como
si fueran reales, tanto en apariencia como en función, interactuando entre sí,
proporcionando a los desarrolladores información relevante sobre la instalación.
(ASHESFIRE, 2009)
4.6.4. HASS. HASS (Hydraulic Analyzer of Sprinkler Systems) desarrollado por matemáticos e
ingenieros profesionales registrados, obtuvo su licencia por primera vez en 1976
como una herramienta para que los ingenieros, contratistas de rociadores y
revisores lo usen fácilmente. HASS, generalmente con licencia en incrementos de
cinco años, le brinda las herramientas que necesita para determinar la adecuación
del suministro de agua en función de la demanda del sistema y las tuberías de
distribución. Con HASS, puede realizar análisis hidráulicos de acuerdo con NFPA
13, 13D, 13R, 14, 15, 20, 24, 750 y otros estándares, calculando cualquier conexión
de nodos y tuberías.
Puede usar HASS para los cálculos con la fórmula de Hazen-Williams o la fórmula
de Darcy-Weisbach usando consideraciones de pérdida por fricción de presión total
o normal.
(HRS Systems, n.d.)
4.6.5. HIDCAL. Es uno de los softwares más utilizados en Latinoamérica para realizar cálculos
hidráulicos, requeridos para el diseño o evaluación de los sistemas contra incendio
a base de agua. El programa ejecuta los cálculos de acuerdo con las reconocidas
normas NFPA 13, NFPA 15, NFPA 750, y NFPA 24. Posee la capacidad de leer y
calcular sistemas de extinción dibujados en AutoCAD, así como realizar el cálculo
a partir del ingreso manual de los datos.
(Lozano & Asocaidos, n.d.)
28
4.6.6. SPRINKCAD.
SprinkCAD es un software desarrollado por la unidad de negocios de Johnson
Controls, es un líder mundial en productos de protección contra incendio. El negocio
se dedica a avanzar en la seguridad contra incendios mediante la búsqueda de
formas innovadoras para salvaguardar la propiedad y ayudar a proteger a las
personas donde viven y trabajan.
El paquete de software SprinkCAD proporciona herramientas integrales para el
diseño del sistema de rociadores, el cálculo hidráulico, el cálculo del tiempo de
entrega de fluidos y más.
(JOHNSON CONTROLS, n.d.) Sin apartarnos de los objetivos de comparación de las soluciones hidráulicas de una
herramienta computacional libre y una comercial, se decide trabajar con las
herramientas EPANET 2.0 Y FIRE’S ELITE 6.02.12; a las cuales se tuvo acceso al
momento de esta investigación.
Cabe destacar que lo anterior, no impide que a futuro se pueda realizar otra
comparación hidráulica entre otras herramientas computacionales.
5. NORMATIVIDAD
Las bases conceptuales empleadas en el diseño de sistemas de protección contra
incendio son de acuerdo con la última edición de la normativa nacional e
internacional en seguridad contra incendios vigente para este tipo de instalaciones,
destacándose el reglamento colombiano sismo resistente (NSR-10), las normas
técnicas colombianas y la National Fire Protection Association (NFPA, por sus siglas
en inglés).
5.1. NORMATIVA COLOMBIANA Como base normativa se destaca la NSR-10 (REGLAMENTO COLOMBIANO DE CONTRUCCION SISMO RESISTENTE), la cual se encarga de regular las condiciones con las que deben contar las construcciones con el fin de que la respuesta estructural a un sismo sea favorable. En esta norma se destacan los títulos J y K los cuales indican los requisitos de protección contra incendios en edificaciones y los requisitos complementarios respectivamente.
29
5.1.1. NSR-10 TÍTULO J
Establece los requisitos de protección contra incendios en edificaciones. En consecuencia, el propósito del título J es el de establecer dichos requisitos con base en las siguientes premisas.
a) Reducir en todo lo posible el riesgo de incendios en edificaciones. b) Evitar la propagación del fuego tanto dentro de las edificaciones como
hacia estructuras aledañas. c) Facilitar las tareas de evacuación de los ocupantes de las edificaciones
en caso de incendio. d) Facilitar el proceso de extinción de incendios en las edificaciones. e) Minimizar el riesgo de colapso de la estructura durante las labores de
evacuación y extinción. (NSR-10, Título J)
5.1.2. NSR-10 TÍTULO K
El propósito del título K es el de definir parámetros y especificaciones
arquitectónicas y constructivas tendientes a la seguridad y preservación de la vida
de los ocupantes y usuarios de las distintas edificaciones cubiertas por el alcance
del presente reglamento. De acuerdo con lo establecido en el literal K de artículo 48
de la ley 400 de 1997, contiene los requisitos complementarios del presente
reglamento, para cumplir el propósito de protección a la vida, en edificaciones
cubiertas por su alcance.
(NSR-10, Título K)
Por otra parte, existe el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC), quien es el Organismo Nacional de Normalización de Colombia. Entre sus labores se destaca la reproducción de normas técnicas y la certificación de normas de calidad para empresas y actividades profesionales, lo dicho anteriormente es debido a que la NSR-10 cita ciertas normas técnicas en cuanto al diseño de sistemas de detección y extinción de incendios como lo son:
5.1.3. NTC 2301
Norma para la instalación de sistemas de rociadores.
Esta norma provee los requisitos mínimos para el diseño y la instalación de sistemas
de rociadores automáticos contra incendio y de sistemas de rociadores para
protección contra la exposición al fuego.
El propósito de esta norma es el de proporcionar un grado razonable de protección
contra incendios, para la vida humana y la propiedad, a través de la normalización
de los requisitos de diseño, instalación y pruebas de los sistemas de rociadores,
30
incluyendo las tuberías principales privadas de servicio contra incendios, basándose
en principios de ingeniería confiables, datos de pruebas y experiencias de campo.
NOTA: Esta norma es una adopción idéntica a la NFPA 13 – 2007.
(ICONTEC, NTC 2301, NORMA PARA LA INSTALACION DE SISTEMAS DE
ROCIADORES , 2011)
5.1.4. NTC 1669
Norma para la instalación de conexiones de manguera contra incendio.
El propósito de esta norma es proveer un razonable grado de protección contra el
fuego a la vida y a la propiedad, estableciendo los requisitos para la instalación de
sistemas para conexión de mangueras contra incendio basados en sólidos
principios de ingeniería, información de ensayos y experiencia de campo.
NOTA: Esta norma es una adopción idéntica a la NFPA 14 – 2007.
(ICONTEC, NTC 1669, NORMA PARA LA INSTALACIÓN DE CONEXIONES DE
MANGUERAS CONTRA INCENDIO (segunda actualizacion), 2009)
5.2. NORMATIVA INTERNACIONAL Como base normativa internacional se destaca la NFPA (National Fire Protection
Association), la cual es la fuente principal mundial para el desarrollo de
conocimiento sobre seguridad contra incendios y de vida.
El código NFPA es citado por la NSR-10 es sus títulos J y K como norma a seguir
en el diseño de sistemas de detección y extinción de incendios, para los cuales, las
normas destacadas en un sistema activo a base de agua son:
5.2.1. NFPA 101
El código NFPS 101 aborda las pautas mínimas de diseño, construcción, operación
y mantenimiento del edificio necesarias para limitar el peligro a la vida provocado
por fuego, humo, calor y sustancias tóxicas. Minimizar el peligro de muerte por
incendio y proporcionar medios adecuados de salida son formas lógicas de
garantizar la seguridad de la vida a los ocupantes del edificio.
(National Fire Protection Association, NFPA 101 Life Safety Code, 2018)
5.2.2. NFPA 13
Norma para la instalación de sistemas de rociadores. Esta norma provee los
requisitos mínimos para el diseño y la instalación de sistemas de rociadores
automáticos contra incendio y de sistemas de rociadores para protección contra la
exposición al fuego.
31
El propósito de esta norma deberá ser el de proporcionar un grado razonable de
protección contra incendios, para la vida humana y la propiedad, a través de la
normalización de los requisitos de diseño, instalación y pruebas de los sistemas de
rociadores, incluyendo las tuberías principales privadas de servicio contra
incendios, basándose en principios de ingeniería confiables, datos de pruebas y
experiencias de campo.
Esta norma deberá aplicar a lo siguiente:
a) Carácter y adecuación de los abastecimientos de agua.
b) Selección de Rociadores.
c) Accesorios.
d) Tuberías.
e) Válvulas.
f) Todos los materiales y accesorios, incluyendo la instalación de las
tuberías principales de servicio contra incendio privadas.
5.2.2.1. CLASIFICACIÓN DE LAS OCUPACIONES Y MERCANCIAS
La clasificación de ocupaciones deberá referirse únicamente a los requisitos de
diseño, instalación y abastecimiento de agua de los rociadores. Esta
clasificación tiene como objeto agrupar las instalaciones con carga combustible
similares.
5.2.2.1.1. OCUPACIONES DE RIESGO LIGERO.
Las ocupaciones de riesgo ligero deberán definirse como las ocupaciones o
partes de otras ocupaciones donde la cantidad y/o combustibilidad de los
contenidos es baja, y se esperan incendios con bajos índices de liberación de
calor.
En este grupo se encuentran las siguientes instalaciones y/o similares a ellas:
Iglesias, clubes educativos, hospitales, instituciones, perreras, bibliotecas,
museos, enfermerías, oficinas, residencias, áreas comunes, teatros, entre otros.
5.2.2.1.2. OCUPACIONES DE RIESGO ORDINARIO (grupo 1).
Las ocupaciones de riesgo ordinario (Grupo 1) deberán definirse como las
ocupaciones o partes de otras ocupaciones donde la combustibilidad es baja, la
cantidad de combustibles es moderada, las pilas de almacenamiento de
combustibles no superan los 8 pies (2,4 m), y se esperan incendios con un índice
de liberación de calor moderado.
En este grupo se encuentran las siguientes instalaciones y/o similares a ellas:
parqueaderos, sala de exposición, panaderías, manufactura de bebidas, fábricas
32
de conserva, manufactura de productos del vidrio, lavanderías, áreas de servicio
de restaurantes, entre otros.
5.2.2.1.3. OCUPACIONES DE RIESGO ORDINARIO (grupo 2).
Las ocupaciones de riesgo ordinario (Grupo 2) deberán definirse como las
ocupaciones o partes de otras ocupaciones donde la cantidad y combustibilidad
de los contenidos es de moderada a alta, donde las pilas de almacenamiento de
contenidos con un índice de liberación de calor moderado no superan los 12 pies
(3,66 m), y las pilas de almacenamiento de contenidos con un índice de
liberación de calor elevado no superan los 8 pies (2,4 m).
En este grupo se encuentran las siguientes instalaciones y/o similares a ellas:
Instalaciones de agricultura, graneros y establos, plantas químicas, destilerías,
tintorerías, muelles de carga exterior, entre otros.
5.2.2.1.4. OCUPACIONES DE RIESGO EXTRA (grupo 1).
Las ocupaciones de riesgo extra (Grupo 1) deberán definirse como las
ocupaciones o partes de otras ocupaciones donde la cantidad y combustibilidad
de los contenidos son muy altas y hay presentes polvos, pelusas u otros
materiales, que introducen la probabilidad de incendios que se desarrollan
rápidamente con elevados índices de liberación de calor, pero con poco o ningún
líquido inflamable o combustible.
En este grupo se encuentran las siguientes instalaciones y/o similares a ellas:
Garajes de reparación, áreas de aplicación de resina, manufactura de textiles,
manufactura de llantas, productos de tabaco, entre otros.
5.2.2.1.5. OCUPACIONES DE RIESGO EXTRA (grupo 2).
Las ocupaciones de riesgo extra (Grupo 2) deberán definirse como las
ocupaciones o partes de otras ocupaciones con cantidades desde moderadas
hasta considerables de líquidos inflamables o combustibles, u ocupaciones
donde el escudado de los combustibles es extenso.
En este grupo se encuentran las siguientes instalaciones y/o similares a ellas:
saturación de asfalto, pulverización de líquidos inflamables, estación de
gasolina, manufactura de plástico, productos de limpieza, barnices y pinturas de
inmersión, entre otros.
(National Fire Protection Association, NFPA 13 Standard for the Installation of Sprinkler Systems, 2007)
33
5.2.3. NFPA 14
Norma para la instalación de sistemas de tuberías vertical y mangueras.
El propósito de esta norma deberá ser el proveer un grado razonable de protección
para la vida y la propiedad ante el fuego a través de requisitos para la instalación
para sistemas de tuberías verticales y mangueras basados en principios de
ingeniería, información de prueba y experiencia de campo.
(National Fire Protection Association, NFPA 14 Standard for the Installation of
Standpipe and Hose Systems)
5.2.4. NFPA 20
Norma para la instalación de bombas fijas para sistemas de protección contra incendios. El propósito de esta norma deberá ser el proveer un grado razonable de protección para la vida y propiedades contra el fuego a través de la instalación de bombas contra incendio estacionarias basadas en principios de ingeniería, información de prueba y experiencia en campo. (National Fire Protection Association, NFPA 20 Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection, 2018)
34
6. APLICACIÓN DE DISEÑO DEL SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS Y MODELACIÓN HIDRÁULICA CON LAS HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES EPANET Y FIRE’S ELITE.
En este capítulo se detallan los pasos básicos requeridos para la implementación
un sistema de protección contra incendio a base de agua a través de SRA (sistema
de Rociadores Automáticos). Posteriormente, se implementan las herramientas
computacionales Epanet Y Fire’s Elite. Primero se establece una red de rociadores
dentro de un riesgo leve, garantizando parámetros representativos como son:
separación entre rociadores, material de tubería, alturas de la red de rociadores,
accesorios, entre otros parámetros generales de una topología. Seguidamente, se
procede con la modelación en las herramientas computacionales referenciadas
anteriormente, comparando resultados hidráulicos representativos como lo son:
presión en los nodos, y caudales en las tuberías.
Finalmente se realiza un análisis de resultados obtenidos de las modelaciones
hidráulicas y se emiten conclusiones y recomendaciones sobre el diseño de redes
de rociadores automáticos basado en la norma NFPA 13 y NTC 2301, y a partir de
estos resultados establecer un diseño de presentación de acuerdo con la norma
NFPA.
35
6.1. DISEÑO DE SISTEMA DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO A BASE DE AGUA, ROCIADORES SEGÚN NPFA 13.
DISEÑO DE REDES CONTRA INCENDIO
Clasificar la edificación por grupo de ocupación.
• Identificar los materiales involucrados
• Identificar, analizar y evaluar de los riesgos.
• Definir tipo de protección.
• Estimar las características de las instalaciones
Definir los componentes y
accesorios del sistema.
ROCIADORES
Diseño de rociadores.
Definir tipo de rociador.
Definir área de protección y espaciamiento máximo de rociador.
Sección 8.6.2.1 NFPA 13
Realizar la distribución y/o trazado de rociadores en la edificación.
Determinar los requisitos mínimos de abastecimiento de agua.
Figura 11.2.3.1.1 Curva densidad/área
NFPA 13
Chequear número de rociadores en operación en zona critica.
Establecer presión residual. `
Tabla 11.2.2.1 NFPA 13
Calcular altura dinámica mínima y caudal de rociadores requerido.
(Epanet y/o Fire’s Elite)
Calcular equipo de bombeo.
Tabla 8.6.2.2.1 Área de protección y
espaciamiento máximo NFPA 13
• Hidrantes
• Tomas para conexión de bomberos.
• Rociadores.
36
6.2. APLICACIÓN DE HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES A UNA RED DE ROCIADORES DE RIESGO LEVE.
Como se mencionó anteriormente, se plantea una edificación hipotética con su respectivo sistema de protección contra incendios a base de agua (sistema de rociadores automáticos), el objeto de esto es revisar el comportamiento hidráulico de la red con dos herramientas computacionales, de la siguiente manera:
APLICACIÓN
Se plantea un trazado hipotético sobre una red de
rociadores automáticos.
Identificar la ruta crítica.
Nodos de rociadores más alejados desde el tanque de almacenamiento, ya sea en
altura o distancia.
• Acero calibre 10.
• Tanque de reserva 80 𝑚3.
• Área 8700 𝑚2 aprox.
Verificar datos de entrada.
• Elevación de los nodos.
• Coeficiente emisor de los rociadores.
• Diámetros de las tuberías.
• Longitud de las tuberías.
• Tipo de material de las tuberías.
• Rugosidad de los materiales.
• Presión residual en los nodos.
Ingreso de datos a los programas.
EPANET.
FIRE’S ELITE.
Comparación de resultados. • Caudal.
• Presión.
• Velocidad de flujo.
Análisis y conclusiones.
37
El proyecto en mención se define como un TEATRO compuesto por un sótano y un
semisótano donde se ubicarán parqueaderos y tres pisos donde se encontrarán el
escenario y la sala de espectáculos (sillas).
ÁREA
(𝑚2)
ALTURA DE PISO
(𝑚)
SÓTANO 1414 -7.65
SEMISÓTANO 1414 -4.09
PRIMER PISO 1345 -0.49
SEGUNDO PISO 1345 8.15
TERCER PISO 1345 20.57
Tabla 1, CUADRO DE ÁREAS DE LA EDIFICACIÓN.
En la tabla 1, se establecen las áreas por piso y la altura entre pisos, los cuales son
parámetros necesarios para definir un sistema de extinción contra incendios.
La NSR-10 define un teatro en su clasificación de ocupación como grupo y subgrupo
de ocupación L (lugares de reunión) y L-2 (culturales y teatros) respectivamente.
(ver anexo 1).
La NSR-10 establece en su capítulo J.4.3 (sistemas y equipos para extinción de
incendios) que toda edificación perteneciente al grupo de ocupación L debe estar
protegida por un sistema de rociadores automáticos de acuerdo con NTC 2301
(Norma para la instalación de sistemas de rociadores). (ver anexo 2).
38
CLASIFICACIÓN DE RIESGO TEATRO
AREA CLASIFICACIÓN
NFPA TIPO DE PROTECCION
Sótano Clasificados en grupo A
“almacenamiento” y subgrupo A-1
“estacionamientos” con una clasificación de
RIESGO MODERADO.
Riesgo ordinario 1 según NFPA
capítulo 5, sección 5.3.1 y NSR-10 título J sección J.1.1.1.
Se implementará un sistema de rociadores automáticos K=5.6 QR en todas las áreas, protección de
gabinete tipo III (conexión y válvula 1½”).
Semi sótano Clasificados en grupo A
“almacenamiento” y subgrupo A-1
“estacionamientos” con una clasificación de
RIESGO MODERADO.
Riesgo ordinario 1 según NFPA
capítulo 5, sección 5.3.1 y NSR-10 título J sección J.1.1.1.
Se implementará un sistema de rociadores automáticos K=5.6 QR en todas las áreas, protección de
gabinete tipo III (conexión y válvula 1½”).
Pisos del 1ro. al 3ro. Clasificado en grupo L “Lugares de reunión” y
subgrupo L-2 “culturales y teatros”.
Riesgo ordinario 1 según NFPA
capítulo 5, sección 5.3.1 y NSR-10 título J sección J.1.1.1.
Se implementará un sistema de rociadores automáticos K=5.6 QR en todas las áreas, protección de
gabinete tipo III (conexión y válvula 1 ½”).
Tabla 2, CLASIFICACIÓN DE RIESGO Y TIPO DE PROTECCIÓN DE ACUERDO CON LA NSR-10 TÍTULO J Y NFPA 13.
En la tabla 2, se identifica la clasificación de riesgo de acuerdo con las áreas de la
edificación y los grupos de ocupación establecidos en la NSR-10, y el tipo de
protección contra incendios definidos tanto en la NSR-10 como en la NFPA 13.
39
Ilustración 4, TRAZADO RED DE ROCIADORES UBICADOS EN LA PARTE SUPERIOR DEL TEATRO.
40
Ilustración 5, DISTANCIAMIENTO ENTRE ROCIADORES SEGÚN NFPA 13.
En la ilustración 3 y 4 se muestra la distribución realizada en la parte superior del teatro (piso 3), y el distanciamiento que existe entre rociadores, siguiendo los parámetros de la NFPA 13 capitulo 8.5 (posición, ubicación, espaciamiento y uso de los rociadores) y 8.6 (Rociadores Pulverizadores Estándar, Colgantes y Montantes), cabe aclarar que es un sistema hipotético, inventado con fines académicos para el desarrollo de la investigación. (ver anexo 3).
DATOS DE ENTRADA
MATERIAL DE TUBERIAS ACERO
CALIBRE 10
COEFICEINTE EMISOR DE
ROCIADORES
5.6
RUGOSIDAD DE MATERIAL 130
ELEVACION DE LOS
NODOS
PIES
DIAMETRO DE TUBERIAS PULGADAS
LONGITUD DE TUBERIAS PIES
Tabla 3, DATOS GENERALES DE ENTRADA PARA EL MANEJO DE LAS HERRAMIENTAS COMPUTACIONALES.
En la tabla 3, se indican tanto datos clave como unidades a implementar en el manejo de las herramientas computacionales, esto con el fin de manejar los softwares de manera uniforme para hacer una comparación de resultados en igualdad de condiciones.
41
Para poder implementar todo lo anteriormente mencionado, es necesario definir una
“ruta crítica”, la cual consiste en delimitar un área específica de funcionamiento de
rociadores definida por la NFPA 13 en la sección 8.6.2.1, para la cual en este caso
se manejan (1500 ft2- área de diseño), esta área es definida de acuerdo con su
ubicación en el espacio de la edificación, debe estar en el punto más alejado
respecto con el equipo de bombeo, ya que se debe cumplir una presión residual
mínima en el rociador más alejado de la red.
La NFPA 13 define que la presión residual para el buen funcionamiento del rociador
más alejado debe ser mínimo de 15 PSI, para efectos del cálculo se toma la presión
residual mínima requerida para los rociadores siendo este el valor más crítico.
De acuerdo con el área de diseño (1500 ft2) definida por el tipo de riesgo del
proyecto, que para este caso es riesgo ligero se considera el área crítica de
rociadores en el tercer piso ya que es la zona más alejada tanto por distancia
horizontal como vertical respecto al equipo de bombeo y es posible que pudieran
llegar a funcionar simultáneamente en el momento de un incendio, tal como se
muestra en la ilustración 5.
42
Ilustración 6, ÁREA CRITICA AUDITORIO (1500 FT2).
En la ilustración 5 se indica el área de diseño (1500 FT2) en el sistema de rociadores, la cual abarca 16 rociadores los cuales serán los que se modelarán en las herramientas computacionales.
43
6.2.1. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO EN HERRAMIENTA EPANET. A continuación, se mostrará un paso a paso de la manera en que se ingresaron los datos de diseño del sistema de protección contra incendios a base de agua en la herramienta EPANET.
Ilustración 7,INGRESO DE DATOS DE ENTRADA (UNIDADES, ECUACIÓN DE PÉRDIDAS DE ENERGÍA, ENTRE OTROS).
Ilustración 8,DIAGRAMA DE ENUMERACIÓN DE LOS NODOS E IDENTIFICACIÓN DE LOS ROCIADORES.
44
Ilustración 9,IDENTIFICACIÓN DE LA RUTA CRÍTICA Y MODELACIÓN.
Ilustración 10,INGRESO DATOS DE ENTRADA EN LOS NODOS (IDENTIFICACION, ELEVACIÓN, COEFICIENTE EMISOR EN ROCIADORES).
45
Ilustración 11,INGRESO DATOS DE ENTRADA EN LAS TUBERÍAS (IDENTIFICACION, LONGITUD, DIÁMETRO, RUGOSIDAD).
Ilustración 12,RESULTADOS DE PRESIÓN EN LOS NODOS.
46
Ilustración 13,RESULTADOS DE CAUDAL EN LAS TUBERÍAS.
Tabla 4, RESULTADOS QUE INDICAN ELEVACIÓN, DEMANDA, CABEZA DINÁMICA Y PRESIÓN EN LOS NODOS.
ELEVACION DEMANDACABEZA
DINAMICAPRESION ELEVACION DEMANDA
CABEZA
DINAMICAPRESION
Node ID ft GPM ft psi Node ID ft GPM ft psi
TANQUE 74.11 -351.98 74.11 0 Junc n35 32.8 0 69.36 15.84
Junc 1 0 0 71.92 31.16 Junc n36 32.8 0 69.27 15.8
Junc 2 0 0 73.6 31.89 Junc n37 32.8 21.75 67.62 15.09
Junc n4 32.8 0 72.47 17.19 Junc n38 32.8 21.16 65.75 14.28
Junc n5 32.8 0 72.76 17.32 Junc n39 32.8 21.01 65.28 14.07
Junc n7 32.8 0 70.95 16.53 Junc n40 32.8 21.01 65.29 14.08
Junc n8 32.8 0 70.63 16.39 Junc n41 32.8 21.26 66.07 14.42
Junc n9 32.8 0 70.62 16.39 Junc n42 32.8 22.06 68.63 15.52
Junc n10 32.8 0 70.52 16.35 Junc n43 32.8 0 70.29 16.25
Junc n11 32.8 22.5 70.07 16.15 Junc n44 32.8 0 70.4 16.29
Junc n12 32.8 0 70.5 16.33 Junc n45 32.8 0 70.45 16.31
Junc n13 32.8 22.59 70.36 16.27 Junc n46 32.8 22.52 70.14 16.18
Junc n14 32.8 0 70.49 16.33 Junc n47 32.8 0 70.61 16.38
Junc n27 32.8 0 71.05 16.57 Junc n48 32.8 22.59 70.36 16.27
Junc n28 32.8 0 71.28 16.67 Junc n51 32.8 0 69.51 15.91
Junc n29 32.8 0 69.83 16.05 Junc n52 32.8 22.26 69.27 15.8
Junc n30 32.8 0 69.58 15.94 Junc n53 32.8 22.3 69.39 15.86
Junc n31 32.8 0 69.55 15.92 Junc n59 32.8 22.2 69.08 15.72
Junc n32 32.8 22.28 69.33 15.83 Junc n60 32.8 0 69.52 15.91
Junc n33 32.8 0 69.41 15.86 Junc n61 32.8 0 69.51 15.91
Junc n34 32.8 22.21 69.11 15.73 Junc n63 32.8 22.24 69.22 15.78
47
Tabla 5, RESULTADOS QUE INDICAN DIAMETRO, CAUDAL Y VELOCIDAD EN LAS TUBERIAS.
La NFPA 13 establece unos criterios conforme a la entrega de resultados de los
diseños a presentar, establece que debe suministrarse una información general
acerca de los datos de entrada, por otra parte, de acuerdo con las tablas de
resultados se indica un orden establecido y la información que debe tener cada
columna y por último se debe adjuntar una gráfica la presión (psi) versus el flujo
(gpm) en la red; por lo cual a la hora de manejar EPANET y querer entregar
resultados sobre un diseño de redes contra incendio a base de agua, es necesario
editar u organizar los resultados suministrados por la herramienta. (ver anexo 8).
DIAMETRO CAUDAL VELOCIDAD DIAMETRO CAUDAL VELOCIDAD
Link ID in GPM fps Link ID in GPM fps
Pipe p4 3 188.28 8.55 Pipe p42 1.5 67.16 12.19
Pipe p7 3 188.28 8.55 Pipe p43 3 67.16 3.05
Pipe p8 3 76.01 3.45 Pipe p44 3 67.16 3.05
Pipe p9 3 76.01 3.45 Pipe p45 1.25 22.52 5.89
Pipe p10 1.25 22.5 5.88 Pipe p46 3 89.68 4.07
Pipe p11 3 53.5 2.43 Pipe p47 1.25 22.59 5.91
Pipe p12 1.5 22.59 4.1 Pipe p48 3 112.27 5.1
Pipe p13 3 30.91 1.4 Pipe p52 1.5 13.65 2.48
Pipe p27 3 163.7 7.43 Pipe p53 1.5 8.61 1.56
Pipe p29 3 163.7 7.43 Pipe p54 1.5 30.91 5.61
Pipe p30 3 105.6 4.79 Pipe p60 3 58.1 2.64
Pipe p31 1.25 22.28 5.83 Pipe p61 1.25 22.2 5.81
Pipe p32 3 83.31 3.78 Pipe p62 3 35.9 1.63
Pipe p33 1.25 22.21 5.81 Pipe p63 3 13.65 0.62
Pipe p34 3 61.1 2.77 Pipe p64 1.25 22.24 5.82
Pipe p35 3 61.1 2.77 Pipe 1 4 163.7 4.18
Pipe p36 1.5 61.1 11.09 Pipe 2 4 163.7 4.18
Pipe p37 1.5 39.35 7.14 Pipe 3 4 188.28 4.81
Pipe p38 1.5 18.19 3.3 Pipe 7 3 188.28 8.55
Pipe p39 1.5 2.82 0.51 Pipe 8 3 163.7 7.43
Pipe p40 1.5 23.83 4.33 Pipe 4 4 351.98 8.99
Pipe p41 1.5 45.09 8.19
48
6.2.2. IMPLEMENTACIÓN DEL MODELO EN HERRAMIENTA FIRE’S ELITE.
A continuación, se mostrará un paso a paso de la manera en que se ingresaron los datos de diseño del sistema de protección contra incendios a base de agua en la herramienta FIRE’S ELITE.
Ilustración 14,INGRESO DATOS DE ENTRADA (TIPO DE MATERIAL, FACTOR K, EQUIPO DE SISTEMA DE DESCARGA, DESCRIPCIÓN DE RIESGO, DENSIDAD GPM/FT2, ÁREA DE OPERACIÓN DE ROCIADORES).
49
Ilustración 15, INGRESO DE DATOS DE LA RUTA CRÍTICA DE MANERA ESCRITA (NODO DE INICIO Y FIN, DIÁMETRO, LONGITUD, ELEVACIÓN DE LOS NODOS)
Ilustración 16, ELECCIÓN DE MODO DE CÁLCULO (INDICAR PRESIÓN RESIDUAL, % DE BALANCEO DE PRESIONES, NUMERO DE ITERACIONES)
50
Cabe aclarar que un programa especializado como lo es FIRE’S ELITE, contiene
más herramientas y permite ingresar datos específicos acerca del diseño de la red
contra incendios diferentes a los que permite ingresas la herramienta EPANET
como lo son:
a) Descripción del tipo de riesgo.
b) Indicar la densidad gpm/ft2 establecida.
c) Indicar tipo de sistema de rociadores (húmedo o seco).
d) Indicar área de operación de los rociadores.
e) Indicar área máxima de operación por rociador.
Ilustración 17, ENTREGA DE RESULTADOS SEGUN NFPA 13.( VER ANEXO 4).
51
Ilustración 18, GRAFICA PRESION (psi) VS CAUDAL (gpm) SEGUN INDICA NFPA 13. (VER ANEXO 4).
La ilustración 18 muestra la gráfica de presión (psi) vs caudal (gpm) de todo el
sistema de rociadores automáticos, indicando la mayor presión (32 psi) como la
requerida por el sistema en el nodo inicial para abastecer la presión mínima
requerida en el rociador más desfavorable ósea el más lejano.
Para entender la manera en que FIRE’S ELITE resuelve la hidráulica del
sistema suministrado remítase a ver el anexo 5.
52
6.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Tabla 6, RESULTADOS DE PRESIÓN EN LOS ROCIADORES
En la tabla 6, se pueden observar los resultados de ambos programas respecto con
la presión, nótese que las presiones no varían sustancialmente. Se tiene un
porcentaje de error máximo del 8% en el nodo 59 de la modelación.
Esto quiere decir, que la herramienta computacional EPANET puede entregar
resultados hidráulicos confiables o ciertamente similares al compararlos con un
programa especializado en el desarrollo hidráulico de redes contra incendio como
lo es en este caso FIRE’S ELITE.
Cabe aclarar que la herramienta FIRE’S ELITE contiene en su proceso de cálculo
una opción que permite establecer la presión residual, la cual el programa la
establece en el nodo existente más alejado respecto con la ubicación del tanque, o
de otra manera el nodo más crítico; por este motivo se observa una presión de 15
psi (presión mínima en el nodo más alejado, definida por la NFPA 13) en el nodo
numero 39 el cual resulto ser el más alejado, además FIRE’S ELITE permite
establecer un balance en términos porcentuales entre las presiones existentes en
EPANET FIRE'S ELITE % ERROR
PRESION PRESION
psi psi
6/ TANQUE 32.13 32.13 0.00
11 16.15 16.51 2.18
13 16.27 16.58 1.87
32 15.83 16.23 2.46
34 15.73 16.16 2.66
37 15.09 15.69 3.82
38 14.28 15.14 5.68
39 14.07 15.00 6.20
40 14.08 15.01 6.20
41 14.42 15.25 5.44
42 15.52 16.04 3.24
46 16.18 16.52 2.06
48 16.27 16.59 1.93
52 15.80 16.21 2.53
53 15.86 16.26 2.46
59 17.72 16.16 8.80
63 15.78 16.20 2.59
LINK ID
53
los nodos, para la cual la NFPA 13 no es clara al respecto, pero FIRE’S ELITE
sugiere que no se exceda el desequilibrio de presión nodal de 0.5 psi para ningún
tipo de diseño del sistema de tuberías, lo cual en EPANET no es un condicional
explícito, y en caso de requerirse se debe realizar un balance de este tipo de forma
manual (iterando resultados).
Sin embargo, en este caso los resultados reportados por EPANET son producto de
una sola corrida del programa en igual de condiciones junto con el otro software, es
decir que no se realizaron iteraciones de los resultados.
Tabla 7, RESULTADO DE LA DEMANDA EN LOS ROCIADORES
En este caso los resultados son más compatibles en cuanto a la demanda de los
rociadores, habiendo un porcentaje de error máximo de 3%.
En el caso del caudal total requerido por todo el sistema, calculado por ambas
herramientas, es muy similar, habiendo un porcentaje de error menor al 2%.
EPANET FIRE'S ELITE % ERROR
DEMANDA DEMANDA
GPM GPM
6/ TANQUE 351.98 358.03 1.69
11 22.50 22.75 1.10
13 22.59 22.80 0.92
32 22.28 22.56 1.24
34 22.21 22.51 1.33
37 21.75 22.19 1.98
38 21.16 21.79 2.89
39 21.01 21.69 3.14
40 21.01 21.69 3.14
41 21.26 21.87 2.79
42 22.06 22.43 1.65
46 22.52 22.76 1.05
48 22.59 22.81 0.96
52 22.26 22.55 1.29
53 22.30 22.58 1.24
59 22.20 22.51 1.38
63 22.24 22.54 1.33
LINK ID
54
Ya habiendo calculado presiones en los nodos y el caudal requerido por la red, el
siguiente paso es calcular la potencia requerida para las bombas contra incendio.
𝑃(𝐻𝑃) =𝛾 ∗ 𝑄 ∗ 𝐻𝐵
76 ∗ 𝜂
Donde:
𝛾= viscosidad del fluido.
Q= caudal en l/s.
𝐻𝐵=cabeza dinámica total en m.c.a.
𝜂= eficiencia de la bomba.
Para una bomba con eficiencia del 70%.
POTENCIA REQUERIDA POR LA BOMBA DE ACUERDO CON EPANET:
Q= 351.98 gpm = 22.21 l/s
𝐻𝐵= 74.11 ft.c.a. = 22.59 m.c.a.
𝑃(𝐻𝑃) =1 ∗ 22.21 ∗ 22.59
76 ∗ 0.7= 9.4 𝐻. 𝑃 ≈ 10 𝐻. 𝑃
POTENCIA REQUERIDA POR LA BOMBA DE ACUERDO CON FIRE’S ELITE:
Q= 358.03 gpm = 22.59 l/s
𝐻𝐵= 74.11 ft.c.a. = 22.59 m.c.a.
𝑃(𝐻𝑃) =1 ∗ 22.59 ∗ 22.59
76 ∗ 0.7= 9.6 𝐻. 𝑃 ≈ 10 𝐻. 𝑃
Como se puede observar, el resultado obtenido en cuanto a la potencia requerida
por la bomba empleando los resultados de ambas herramientas computacionales,
se podría decir que es el mismo, lo que indica nuevamente que EPANET entrega
resultados considerablemente bien, comparados con la herramienta FIRE’S ELITE
tomada como referencia.
55
De acuerdo con los resultados obtenidos por medio de EPANET en cuanto a los
resultados de presión, se puede afirmar que no cumplen con lo establecido según
la NFPA 13, ya que la presión mínima establecida en el nodo más alejado debe ser
15 psi; por lo tanto, se requiere una presión mayor en el nodo inicial de la siguiente
manera.
Tabla 8, RESULTADO DE PRESIÓN EN LOS ROCIADORES
De esta manera se cumple con la normativa que establece un valor mínimo de 15 psi en el nodo más alejado; por lo que de acuerdo con EPANET se requeriría 1 psi por encima de acuerdo con lo que estipulan los resultados de FIRE’S ELITE, lo cual se considera un valor insignificante, por lo que no se desestiman los resultados iniciales de EPANET.
EPANET FIRE'S ELITE % ERROR
PRESION PRESION
psi psi
6/ TANQUE 33.30 32.13 3.51
11 17.21 16.51 4.07
13 17.34 16.58 4.38
32 16.87 16.23 3.79
34 16.77 16.16 3.64
37 16.08 15.69 2.43
38 15.22 15.14 0.53
39 15.00 15.00 0.00
40 15.01 15.01 0.00
41 15.37 15.25 0.78
42 16.55 16.04 3.08
46 17.24 16.52 4.18
48 17.34 16.59 4.33
52 16.84 16.21 3.74
53 16.90 16.26 3.79
59 16.75 16.16 3.52
63 16.82 16.20 3.69
LINK ID
56
Ilustración 19, RESULTADO DE LA DEMANDA EN LOS ROCIADORES
En el caso de la demanda del caudal total para la red, se ve una diferencia de 5 galones por encima de los resultados que entrega FIRE’S ELITE, lo cual nuevamente, se consideran valores casi despreciables ya que corresponden a una diferencia del 1.4 %, lo que indica un valor aceptable. POTENCIA REQUERIDA POR LA BOMBA DE ACUERDO CON EPANET:
Q= 363.37 gpm = 22.93 l/s
𝐻𝐵= 76.8 ft.c.a. = 23.41 m.c.a.
𝑃(𝐻𝑃) =1 ∗ 22.93 ∗ 23.41
76 ∗ 0.7= 10 𝐻. 𝑃
De acuerdo con el resultado obtenido, se reitera nuevamente que EPANET entrega
resultados muy similares a los de una herramienta especializada en la modelación
de sistemas de protección contra incendio.
EPANET FIRE'S ELITE % ERROR
DEMANDA DEMANDA
GPM GPM
6/ TANQUE 363.37 358.03 1.47
11 23.23 22.75 2.07
13 23.32 22.80 2.23
32 23.00 22.56 1.91
34 22.93 22.51 1.83
37 22.46 22.19 1.20
38 21.85 21.79 0.27
39 21.69 21.69 0.00
40 21.7 21.69 0.05
41 21.96 21.87 0.41
42 22.78 22.43 1.54
46 23.25 22.76 2.11
48 23.32 22.81 2.19
52 22.98 22.55 1.87
53 23.02 22.58 1.91
59 22.92 22.51 1.79
63 22.96 22.54 1.83
LINK ID
57
Con respecto a la variable presión en los nodos, los resultados obtenidos por medio
de las herramientas computacionales fueron los siguientes:
Con un porcentaje de error del 6%, el cual es un valor aceptable considerando las
diferencias de los dos programas.
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =14.07 − 15.00
15.00∗ 100 = 6.2%
Con respecto a la variable de demanda en los rociadores, los resultados obtenidos
por medio de las herramientas computacionales fueron los siguientes:
Con un porcentaje de error menor al 1%, el cual es un valor bastante acertado
respecto con un programa del otro.
% 𝑒𝑟𝑟𝑜𝑟 =22.59 − 22.81
22.81∗ 100 = 0.96%
EPANET FIRE'S ELITEPRESION PRESION
psi psi
MIN 14.07 15.00
MAX 17.72 16.59
EPANET FIRE'S ELITE
DEMANDA DEMANDA
GPM GPM
MIN 21.01 21.69
MAX 22.59 22.81
58
7. CONCLUSIONES
a) Se mostro una herramienta computacional de uso libre la cual no tiene
restricciones respecto con el diseño de redes contra incendio (sistema de
rociadores automáticos) y una herramienta computacional que si tiene dichas
restricciones, se realizó la comparación en cuanto a los resultados de presión
en los nodos y caudal en el sistema y se encontró que los errores eran
inferiores al 6% por lo que es razonable el afirmar que EPANET (herramienta
computacional de uso libre) puede ser empleada como herramienta de
diseño en el ámbito de los sistemas de protección activa a base de agua
contra incendios, ya que los resultados así lo demuestran, entregando
valores razonables y muy similares a una herramienta especializada en el
tema, a pesar de tener grandes diferencias en la manera de entregar los
resultados.
b) La NFPA 13 especifica la forma de entrega de resultados, indicando una
información general acerca del diseño realizado y la organización de
columnas en las tablas de resultados entregadas, con o cual EPANET se
encuentra en desventaja ya que la forma de entrega de resultado es generar
tablas con información general sobre los nodos (presión y demanda base) o
tuberías (caudal y velocidad de flujo), por lo que para entregar los resultados
de un diseño de acuerdo con la NFPA 13 y empleando la herramienta
EPANET es necesario una edición u organización de los resultados
entregados por el programa.
Por otro lado, la herramienta FIRE’S ELITE se caracteriza por la entrega de
resultados, ya que lo hace siguiendo los lineamientos de la NFPA 13 en
cuanto a la entrega de la información general del diseño, las tablas de
resultados y la gráfica entregada.
c) EPANET maneja un sistema de diseño el cual permite realizar un trazado de
manera visual enumerando tanto nodos como tuberías permitiendo asignar
propiedades a cada elemento del sistema; mientras que FIRE’S ELITE no
posee esta característica, ya que la información se suministra al software por
medio de tablas, indicando nodos de inicio y fin a los tramos de tuberías,
tornándose tedioso y un poco complicado ya que tiende a ser fácil
equivocarse.
d) Se presenta un resumen de la ingeniería conceptual o ingeniería básica útil
para abordar la protección contra incendio a base de agua donde se requiera
sistema de rociadores automáticos donde se destaca; las selecciones de
59
área de diseño, la densidad proporcionada al sistema y la cantidad de agua
necesaria para controlar o extinguir un incendio. La ubicación y la forma del
área de diseño garantizarán que los cálculos se realizarán en el peor
escenario, y se detalló la aplicación exitosa del componente de modelación
con distintas herramientas computacionales, destacando que el esfuerzo y la
calidad que entra en un programa de computadora es lo que saldrá en los
resultados. Siendo el ingeniero; el único responsable de la implementación
correcta de los principios básicos del diseño hidráulico y la aplicación
adecuada del estándar de diseño, en aras de realizar el diseño de SRA
(sistema de rociadores automáticos) de manera correcta y eficiente.
60
8. ANEXOS
8.1. ANEXO 1. Clasificación de una edificación en grupos de ocupación.
Ilustración 20, CLASIFICACIÓN DE OCUPACIÓN SEGÚN NSR-10 TÍTULO J.
8.2. ANEXO 2. Sistemas y equipos para extinción de incendios según NSR-10.
61
8.3. ANEXO 3. Áreas de protección y espaciamiento máximo entre rociadores de acuerdo con tipo de construcción y tipo de rociador, para el cual en este caso se emplean rociadores automáticos colgantes para riesgo ligero o leve.
Ilustración 21, ÁREAS DE PROTECCIÓN Y ESPACIAMIENTO MÁXIMO SEGÚN NFPA 13.
62
8.4. ANEXO 4. A continuación, se presentan los resultados obtenidos por medio de FIRE’S ELITE.
63
64
65
Ilustración 22, RESULTADOS DE PRESIONES EN LOS NODOS
66
Ilustración 23, RESULTADO CAUDAL DE DESCARGA EN LOS NODOS DE ROCIADORES
67
Ilustración 24, RESUMEN DE RESULTADOS FIRE’S ELITE
68
Ilustración 25, GRÁFICA PRESIÓN (psi) VS CAUDAL (gpm).
69
8.5. ANEXO 5.
Calcular el número de rociadores.
𝑛𝑢𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑜𝑐𝑖𝑎𝑑𝑜𝑟𝑒𝑠 = 𝐴𝑑
𝐴𝑐𝑟
Ad: Área de diseño Acr: Área de cobertura del rociador
Se realiza el cálculo del suministro mínimo del
rociador más lejano R1.
Cálculo de la presión requerida para para cumplir con el caudal calculado en el paso anterior.
• Definir factor del rociador (K)
• 𝑄1 = 𝐾√𝑃
• 𝑃 = (𝑄
𝐾)
2
Q: caudal P: presión
DISEÑO DE REDES CONTRA INCENDIOS
𝑠𝑢𝑚𝑖𝑛𝑖𝑠𝑡𝑟𝑜 𝑚𝑖𝑛 = 𝐴𝑑 ∗ 𝐴𝑐𝑟 ∗ 𝑄 Ad: Área de diseño Acr: Área de cobertura del rociador Q: caudal.
Seleccionar tamaño de la tubería (diámetro) y las
perdidas.
Calcular el valor del caudal para el R2 (al lado del más
lejano)
𝑄2 = 𝐾√𝑃𝑇 Q2: caudal R2 P: presión
Sumar presiones requeridas y perdidas (PT)
70
La tubería numero 2 deberá entregar la suma de los dos
caudales
𝑄𝑇 = 𝑄2 + 𝑄1
Se realiza el mismo procedimiento y se aplican las mismas formulas hasta
resolver todo el sistema.
Se verifica que los valores estén entre los rangos establecidos por la
normativa.
Se realiza el cálculo y diseño del sistema de bombeo
Se entregan los resultados obtenidos
71
8.6. ANEXO 6. Materiales y dimensiones de tuberías empleadas en la construcción de
sistemas de protección contra incendio a base de agua según la NFPA
13- 2007.
“Las tuberías deberán cumplir o superar alguna de las normas de la Tabla
6.3.1.1”.
Ilustración 26, MATERIALES Y DIMENSIONES DE TUBERÍAS EMPLEADAS EN LA CONSTRUCCIÓN DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIO A BASE DE AGUA SEGÚN LA NFPA 13.
72
8.7. ANEXO 7. Ejemplo de cómo presentar las monografías (resultados).
PRESENTACIÓN DE MONOGRAFIAS
GENERALIDADES.
• UBICACIÓN DEL PROYECTO.
• DISTRIBUCIÓN DE ÁREAS.
• DESCRIPCIÓN DEL TRAZADO.
• DESCRIPCIÓN DEL DISEÑO CONTRA INCENDIOS.
ALCANCE. OBJETO POR ALCANZAR
CON EL PRESENTE DISEÑO.
BASES NORMATIVAS PARA EL DISEÑO (ROCIADORES).
• NSR-10.
• NTC 1669.
• NTC2301.
• NFPA 13.
• NFPA 14.
REALIZAR LA CLASIFICACION DE
RIESGO.
• NSR-10, TITULO J, CAPITULO J 4.3.1.
• NSR-10, TITULO K.
• NFPA 13, CAPITULO 5.
CALCULAR ABASTECIMIENTO DE
AGUA.
• NFPA 13.
• NFPA 14.
DEFINIR TIPOS DE ROCIADORES Y
CRITERIOS DE DISEÑO.
NFPA 13 FIGURA 11.2.3.1.1.
CURVA AREA/DENSIDAD.
REALIZAR MODELACIÓN MATEMÁTICA EN
HERRAMIENTA COMPUTACIONAL.
• EPANET.
• FIRE’S ELITE.
ADJUNTAR MATERIAL OBTENIDO DE RESULTADOS.
• TABLAS DE RESULTADOS.
• GRAFICAS.
TABLA RESUMEN DE ESPECIFICACIONES DE DISEÑO.
• TIPO DE RIESGO.
• FACTOR K UTILIZADO.
• RESERVA DE AGUA.
• ÁREA DE DISEÑO.
• DENSIDAD EMPLEADA EN EL DISEÑO.
CALCULAR EQUIPO DE BOMBEO.
POTENCIA REQUERIDA DE LA BOMBA.
73
8.8. ANEXO 8.
Parámetros de entrega de resultados según NFPA 13 en cuanto al diseño de sistemas de protección contra incendios a base de agua (sistema de rociadores automáticos).
74
75
Ilustración 27, PARÁMETROS DE ENTREGA DE RESULTADOS SEGÚN NFPA 13.
76
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