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Cálculos Hidráulicos para Sistemas de Rociadores de Incendio 

 noviembre 1, 2020

Por  Felipe Arguello368

Los cálculos hidráulicos realizados a mano son cosa del pasado. Los programas de computadora pueden proporcionarle páginas de información con el clic de un mouse. Sin embargo, dada la demanda de nuevos diseñadores de rociadores, es necesario volver a lo básico.

Los diseñadores, particularmente los diseñadores más nuevos, no pueden sentarse frente a una computadora y se espera que lo hagan bien y que comprendan el diseño de rociadores la primera vez que abren un programa. Los diseñadores deben comprender los pasos a seguir para garantizar que el sistema de rociadores sea adecuado para una instalación determinada.

Los diseñadores, muchas veces, tienen que leer e interpretar especificaciones, informes y dibujos antes de comenzar el proceso de diseño dentro de los diversos programas informáticos disponibles para las empresas. Además, desde el primer día, los diseñadores deben tener un conocimiento práctico de NFPA 13, Norma para la instalación de sistemas de rociadores .

Dado el número de pasos que se deben tomar para diseñar un sistema de rociadores, eso proporciona mucho espacio para el error. Además, los pasos son aditivos. Las decisiones tomadas en un paso impactarán cada paso en la línea. Por lo tanto, se puede inferir que los primeros pasos que el diseñador toma en el proceso son, sin duda, los más importantes.

El diseñador primero debe definir la ocupación y luego avanzar para determinar el área de diseño y la densidad adecuadas para el sistema. Además, el diseñador debe comprender cómo ubicar el área de diseño dentro del sistema. Estos pasos deben completarse antes de que se abra el programa de cálculo de la computadora.

Clasificación de ocupación

El primer paso en el proceso de diseño es determinar la ocupación en la que se diseñará el sistema (Brock, 2012). Sin embargo, este paso no siempre es tan sencillo como se puede pensar.

Las ocupaciones dentro de NFPA 13 tienen definiciones únicas. No se corresponden directamente con las definiciones que se pueden encontrar en el Código Internacional de Construcción o NFPA 101, Life Safety Code®.

Por ejemplo, una ocupación de manufactura, según lo define el IBC, puede no ser la misma clasificación de ocupación dentro de la NFPA 13 como una ocupación de manufactura diferente. Según la NFPA 13, las áreas dentro de un edificio se definirán como peligro leve, peligro ordinario (Grupo 1), peligro ordinario (Grupo 2), riesgo adicional (Grupo 1) y riesgo adicional (Grupo 2). Para aumentar la confusión, existen clasificaciones de ocupación especiales del Capítulo 22, en particular las clases de productos de almacenamiento (Clase I a IV) y los grupos de plástico (Grupos AC).

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NFPA 13 (2016) usa frases como «cantidad de combustibles» y «tasas de liberación de calor» esperadas en las definiciones de las distintas ocupaciones. Si bien el Anexo tiene una lista de ejemplos de cada tipo de ocupación, no lo abarca todo. Los diseñadores deben emitir juicios de juicio sobre lo que deben clasificarse algunas ocupaciones cuando no encaja fácilmente en una de las clasificaciones de ocupación. Además, muchos dibujos utilizan nombres de salas que pueden necesitar ser interpretados con respecto al uso real de dicha sala.

Al diseñar para grandes almacenes, se debe clasificar lo que se está almacenando. Esto es importante ya que, muchas veces, el propietario o los operadores de estos almacenes pueden no estar completamente conscientes de lo que hay en los productos. Existen diferencias en las composiciones de los diferentes grupos plásticos, según lo define la NFPA 13. Además de comprender qué se está almacenando, también se debe saber cómo se está empaquetando. Esto podría causar que un producto sea un producto de Clase I a un producto de Clase II. Los almacenes también tienen el elemento de configuraciones de almacenamiento desde pilotes hasta racks hasta anchos de pasillo.

No hay una respuesta única para todas las situaciones al diseñar un sistema de rociadores. Los diseñadores deben poder hacer las preguntas correctas y tomar estas decisiones para avanzar en el diseño del sistema de rociadores. La clasificación de ocupación afectará el diseño restante, ya que las diversas ocupaciones y productos tienen diferentes requisitos de espaciado tanto para las áreas protegidas como para los permisos máximos de espacio.

Área de diseño y selección de densidad


Una vez que se clasifica la ocupación, los siguientes dos pasos generalmente van de la mano. Una selección de un área de diseño dictará la densidad del diseño. El área de diseño y la densidad en última instancia le indican la cantidad de flujo que se requerirá para que un sistema controle el fuego. El área de diseño se proporciona en pies cuadrados (ft 2 ) y la densidad se proporciona en galones por minuto por pie cuadrado (gpm / ft 2 ). Esto permite al diseñador comenzar a comprender el sistema en términos de área de piso protegida y la cantidad de agua necesaria.

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Si bien las curvas utilizadas para las clasificaciones de peligros en NFPA 13 (2016) Figura 11.2.3.1.1 son fáciles de leer, un diseñador debe comprender de dónde proviene el área de diseño inicial. ¿La intención del sistema es proporcionar el diseño más económico o un factor de seguridad más alto? ¿El área de diseño o la densidad están impulsadas por los requisitos de la jurisdicción, las consideraciones de diseño únicas o la póliza de seguro?

Las áreas de diseño más pequeñas se asocian típicamente con diseños más económicos. Las áreas de diseño más pequeñas suelen asociarse con diseños más económicos (Brock, 2012). Sin embargo, algunas aseguradoras o jurisdicciones pueden requerir áreas de diseño más grandes con la mayor densidad asignada al área más pequeña para tener un factor de seguridad mayor (Brock, 2012).

Una vez que se selecciona el área de diseño inicial, se puede determinar la densidad correspondiente. Luego vienen las diversas excepciones a las reglas. ¿Aspersores de respuesta rápida? Techo inclinado? Sistema de tubería seca? Estos ajustes, así como otros, dan como resultado cambios en el área de diseño. Los ajustes múltiples se combinan, como el sistema de tubería seca en un ático.

El área original es de 1,500 pies 2 y el aumento del 30 por ciento para un sistema de tubería seca es de 1,950 pies 2 . El techo inclinado se incrementaría en un 30 por ciento para un área remota final de 2,535 pies 2 . Sin embargo, es posible que uno no entienda de dónde provienen estos cambios sin leer el texto asociado en la NFPA 13 Figura 11.2.3.1.1 (2016).

Si tiene un almacén, la cifra anterior no se aplica. Hay una variedad de figuras y tablas que dictan el área de diseño y la densidad de las ocupaciones de almacenamiento. Sin clasificar con éxito el producto almacenado, el diseñador podría terminar en el capítulo incorrecto al especificar los criterios de diseño para un almacén. Además, existen diferentes rociadores especiales, como la aplicación específica de modo de control (CMSA) o la respuesta rápida de supresión temprana (ESFR).

Estos rociadores utilizan un método de diseño que no está dictado por el área y la densidad, pero el número de rociadores calculado se basa en el tipo de rociador utilizado.

El área de diseño y la selección de densidad finalmente determinarán la cantidad de flujo que se requerirá del sistema. Dado que el agua es el elemento clave para controlar o extinguir la mayoría de los incendios, estos pasos en el proceso de diseño deben considerarse cuidadosamente. Se tomarán decisiones que satisfagan las necesidades de los propietarios, aseguradores y jurisdicción.

Ubicación del área de diseño

Los pasos finales que deben completarse antes del primer cálculo de pérdida de presión son determinar cuántos rociadores se requieren en el área de diseño, cómo se ve el área de diseño y dónde se debe ubicar el área de diseño dentro del sistema. El número de rociadores que se asume que operan en el área de diseño se determina de una de dos maneras. La primera forma es el área de diseño utilizada dividida por el área protegida por un solo rociador.

Este valor se redondea al siguiente rociador completo. Sin embargo, este cálculo solo funciona si todos los rociadores en los planos protegen el área del mismo tamaño y ningún rociador está más cerca de una pared que la mitad de la distancia a la línea de la rama adyacente. Por estas razones, es común que este enfoque identifique menos rociadores de los que realmente se requieren. El segundo método para determinar el número de rociadores es agregar el área real del piso protegida por cada rociador hasta que el valor acumulativo sea al menos el área de diseño especificada. (Brock, 2012) Esto se resume en la Figura A.23.4.4 de NFPA 13.

A continuación, se debe determinar la forma del área de diseño. NFPA 13 (2016) requiere que la forma sea rectangular. Para determinar la primera dimensión, NFPA 13 (2016) requiere que el ancho del área de diseño sea un mínimo de 1.2 veces la raíz cuadrada del área de diseño. Cuanto mayor sea el ancho, mayor será el requisito de demanda del sistema (Brock, 2012). Este ancho se aplica a la cota paralela a las líneas de bifurcación.

Este enfoque obliga a incluir más rociadores en la línea de derivación, por lo que sería más exigente hidráulicamente. Por ejemplo, un área de diseño con 12 rociadores tendría cuatro rociadores en la línea de derivación. Esto es más exigente hidráulicamente que cuatro ramales con tres rociadores cada uno. Los rociadores dentro del área de diseño deben ser atendidos por la misma transversal principal (NFPA, 2016).

Una vez que se determina el ancho mínimo del área de diseño, se puede seleccionar la ubicación del área de diseño. Los cálculos hidráulicos deberán completarse para los puntos más exigentes del sistema. Esta área puede estar en el punto más alejado del elevador del sistema según la longitud de la tubería. Sin embargo, si las ocupaciones difieren a lo largo, puede ubicarse en otro lugar. En última instancia, esto significa que un cálculo hidráulico puede no ser suficiente y el diseñador puede necesitar demostrar que el sistema es adecuado a través de múltiples cálculos hidráulicos.

El primer rociador en los cálculos hidráulicos es tan crítico para hacerlo bien. Los rociadores residenciales, de cobertura extendida, CMSA y ESFR comienzan con una presión y flujo iniciales. Otros rociadores deben determinarse tomando la densidad por el área de protección por rociador en la Sección 8.5.2.1.

Una determinación incorrecta del área hace que la presión y el flujo sean incorrectos. Los cálculos de rociadores posteriores al primer rociador también serán incorrectos. Los revisores del plan están en sintonía con eso, por lo que si el primer rociador está equivocado, no hay razón para continuar con la revisión del plan.

Programas de computadora para los cálculos

Los programas para realizar los cálculos de computadora de rociadores automáticos son cada vez más sofisticados. Pueden proporcionar una gran cantidad de información de la información tradicional sobre longitudes o tamaños de tuberías a las especificaciones de las válvulas y accesorios utilizados. Los programas pueden rellenar automáticamente los tamaños de tuberías, trabajar en aplicaciones bidimensionales o tridimensionales, o recalcular los sistemas rápidamente según los cambios realizados en el diseño del sistema.

Además de todos los beneficios de los programas de computadora, todavía hay un elemento de conocimiento de los cálculos hidráulicos y la aplicación de la norma. Los programas de computadora todavía requieren cierta información ingresada manualmente. Los programas tienen configuraciones predeterminadas que pueden necesitar ser modificadas. Aquí es donde tener el conocimiento de los pasos de diseño es tan importante. Si bien los programas de computadora han facilitado el proceso de diseño y cálculos, no impide que los diseñadores tengan que entender los principios básicos del diseño de rociadores. Sin capacitación en esta área, los nuevos diseñadores pueden asumir que el programa de computadora funcionará correctamente.

Conclusión

Es importante que los diseñadores de sistemas de rociadores comprendan los diferentes requisitos de la NFPA 13. Además de la NFPA 13, los diseñadores deben tener conocimiento de los requisitos del proyecto, que pueden provenir de especificaciones, planos y la autoridad competente. Si bien cada proyecto y diseño del sistema es único, los pasos iniciales para cada proyecto no lo son.

Es crítico clasificar apropiadamente la ocupación de tal manera que el resto del diseño no se vea afectado. Las selecciones de área de diseño y densidad proporcionan al sistema la cantidad de agua necesaria para controlar o suprimir un incendio. La ubicación y la forma del área de diseño garantizarán que los cálculos se realizarán en el peor de los casos. Los programas informáticos proporcionan facilidad y flexibilidad en el proceso de diseño.

Sin embargo, El programa no corregirá los errores cometidos en los pasos iniciales tomados durante el proceso de diseño. El esfuerzo y la calidad que entra en un programa de computadora es lo que saldrá en los resultados. En otras palabras, la calidad es igual a la calidad o la chatarra es igual a la basura. Comprender los principios básicos del diseño hidráulico y la aplicación del estándar de diseño permitirá a los diseñadores de rociadores realizar el trabajo de manera correcta y eficiente.

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