REVISIÓN DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO DE UNA RED DE

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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.

5

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.

6

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

8

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

9

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

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_corriente

https://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADnea_de_corriente

https://www.ecured.cu/Sustancia

https://www.ecured.cu/Luz

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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.)

https://conceptodefinicion.de/fuego/

https://es.wikipedia.org/wiki/Magnitud_f%C3%ADsica

https://es.wikipedia.org/wiki/Perpendicularidad

https://es.wikipedia.org/wiki/Unidades_de_superficie

13

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

http://www.elitesoft.com/web/fire/elite_fire_info.html

15

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.

17

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.

18

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,

19

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.)

20

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:

21

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).

22

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)

23

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.


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.”


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.


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).


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.


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.


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.


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.




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”.




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%.


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.


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.


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

9. BIBLIOGRAFÍA

ASHESFIRE. (2009). ASHES. Obtenido de

http://www.ashesfire.com/english/servicios_autoSPRINK_ashes.php#target

Text=AutoSPRINK%20is%20a%20ground%2Dbreaking,and%20water%2Df

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REVISIÓN DEL COMPORTAMIENTO HIDRÁULICO DE UNA RED DE