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#111 #9 ER 080424 Partes de un rociador

15 de abril 2024

Los rociadores son similares si son de bulbo o de fusible. La forma es la misma, lo único que cambia es el elemento térmico sensible y otras caracteristicas de las cuales platicaremos en este post. Las características del rociador de las cuales platicaremos son: deflector, brazos, elementos térmico sensible, tapón, npt y orificio.

Deflector

El deflector del rociador es la parte más alta de este. pueden ser de dos tipos: para rociador conlgante (pendent) y para rociador montante (upright).

Colgante

Se utiliza en rociadores colgantes o pendent (en inglés) y se colocan por debajo del tubo (ramal) de tal forma que queda desprotegido y expuesto a golpes. También se utiliza para instalaciones con garzas (o cuello de ganso) que son comunes cuando el ramal es muy grande e instalarlo por debajo del ramal no es una opción para que el rociador cumpla con las distancias al techo. El agua que descarga sale directo hacia el deflector y este lo rompe dispersandolo en el patrón que ya conocemos directo hacia el piso.

Montante

Este rociador se instala por arriba del tubo (ramal) quedando protegido por el este. Es la mejor opción para proteger el rociador de daño mecánico. Se instala en lugares donde no existe plafón a menos que quieran tenerlo expuesto (pero eso ya es decisión del cliente). El deflector recibe el golpe del agua de la descarga y sirve como elemento de choque para que el agua cambie de direccion y se dirija hacia el piso en la forma de patron de agua que ya conocemos.

Brazos

Estos unen la base del rociador con el deflector. Básicamente sostienen al rociador. Anteriormente se decia que debian colocarse paralelos al tubo (ramal) pero no existia algun escrito que lo dijera. El requerimiento aparece en la NFPA 13 edición 2007, 2010, 2013 y 2016 sección 8.3.1.3, en la edición del 2019 y 2022 aparece en la sección 9.4.1.3. Así que quien sabe de donde salió el que no debían estar paralelos al tubo. Pudiera ser una mala interpretación de la última parte de esa sección, donde dice que a menos que se indique lo contrario por el listado del rociador. Debemos tener cuidado con esas interpretaciones.

Elemento térmico sensible

Es el detector en el rociador. Este puede ser fusible o bulbo. De qué pendende de que sea uno y otro? Del fabricante y del factor K. Casi todos los rociadores ESFR son de fusible metálico. Pudiera haber alguno que no.

El elemento térmico sensible se activa con calor. En el bulbo incrementa el volumen de la burbuja dentro y la presión lo rompe. En el fusible metálico sucede que se calienta y se debilita provocando que se deforme y la presión del agua hace que se mueva liberando el agua.

Tapón

El tapón es esa «cosita» que impide que el agua salga del rociador. Se mantiene en su lugar gracias al bulbo o el fusible metálico. La presión del agua ayudar a que se mueva permitiendo salir el agua para golpear en el deflector y haga lo que ya hemos platicado al inicio.

NPT

El NPT es el roscado del rociador. Varía de acuerdo a la cantidad de agua que se necesite descargar. En otras palabras, del factor k. Unos dirán, no Eduardo, por que el ESFR K22 y K25 tienen el mismo NPT y descargan diferente cantidad de agua. Lo sé, lo que escribí es una expresión. Del K5.6 incrementamos 1/2 pulgada a 3/4 de pulgada para el K11.2 y a 1 pulgada para el rociador ESFR.

Orificio

El orificio es por donde entra y sale para atacar el icendio. Igual que el NPT, varía de acuerdo al factor K del rociador.

El rociador es un elemento pequeño dentro del sistema contra incendio sin embargo, juega un papel muy importante para el combate del fuego. Una mala selección de este afecta enormemente al combate del fuego. No demos por sentado que la selección e instalación de este es fácil, supervisen al instalador y exigan las acreditaciones al fabricante.

Eduardo López

Baja Design Engineering

#109 #2 FR 030424 Densidad en mecánica de fluidos vs densidad de RAC

109 03 Abril 2024

Densidad en mecánica de fluidos vs Densidad en RAC

Un término muy utilizado en el diseño de los sistemas de rociadores y que además es confuso para las personas que no están familiarizados con los diseños de sistemas de rociadores, ya sea porque van comenzando o porque simplemente ellos conocen este término en sus clases de mecánica de fluidos en la universidad y/o también aquellos que están familiarizados con el término en sus diseños o proyectos relacionados con un fluido en calculos distintos a los de los diseños de rociadores, el término al que nos referimos es la densidad. En este artículo explicaremos el término densidad tanto en la ciencia de la mecánica de fluidos cómo en los sistemas de rociadores y ustedes podrán identificar que, aunque el nombre del término es el mismo, NO significa lo mismo, dependiendo de dónde y para que lo estamos utilizando.

Densidad en mecánica de fluidos

Es la magnitud que que expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo, su unidad de medida en el sistema internacional es el kilogramo por metro cúbico (Kg/M3). En sistema inglés es libras por pie cubico (Lb/ft3)

Esta propiedad de los fluidos nos indica la cantidad de masa que se encuentra en una unidad de volumen de una sustancia ya sea gaseosa, líquida o sólida. La densidad entonces se expresa como la división entre la masa que tiene una sustancia y el volumen que está ocupando y se representa con la letra griega rho (r)

r = m/V

r = Densidad

m = Masa

V = Volumen

La densidad varía con la presión y la temperatura de una determinada sustancia. Lo anterior se presenta debido a que los cambios de temperatura y/o presión pueden hacer que una sustancia se expanda o se comprima, pudiendo así encontrar una cantidad diferente de masa en una unidad de volumen.

Por dar el ejemplo del fluido más conocido y utilizado en los sistemas de protección contra incendio la densidad del agua, a 4°C y una atmósfera de presión, es constante y sus valores en las unidades más utilizadas son:

Densidad en RAC

El término densidad que se utiliza en los diseños de rociadores, se refiere simplemente a la cantidad de agua que se requiere en un área específica denominada área remota, esta cantidad de agua es considerada suficiente para controlar el posible incendio que se pueda presentar en un riesgo específico ya sea ligero, ordinario o extraordinario. La unidad de medida en sistema inglés, para la densidad es galones por minuto (gpm) entre pies cuadrados (ft2).  En sistema internacional es milímetros por minuto (mm/min). La densidad nos sirve para calcular el flujo o gasto de los rociadores, con la siguiente formula:

Q = D x A

Q = flujo en galones por minuto (gpm)

D = Densidad (gpm/ft2)

A = Area Remota (ft2)

 La densidad es el método de diseño más comúnmente utilizado para realizar cálculos por ocupación de riesgos ligeros, ordinarios y extraordinarios. El criterio o la densidad deberá ser seleccionada de la figura 19.2.3.1.1 Density/Area Curves for the Evaluation or Modification of Existing Systems de NFPA 13 Ed. 2022 que se muestra en la imagen #1.

Imagen #1

Te compartimos este video donde platicamos de la densidad.

Considerando como ejemplo que protegeremos un riesgo extraordinario grupo #1 Seleccionamos de la figura el punto más bajo, donde se intersectan el área de operación de los rociadores y la densidad, en este caso obtenemos 0.30 gpm/ft2 sobre los 2500 ft2 más remotos, si hacemos la multiplicación de la densidad por el área, obtenemos la cantidad de agua, flujo o gasto necesario para controlar el fuego que se puede presentar.

Q = D x A

D = 0.30 gpm/ft2

A = 2,500 ft2

Q = 0.30 gpm/ft2 x 2,500 ft2 = 750 gpm

Ahora ya sabemos la diferencia del término densidad si lo aplicamos en los diseños de rociadores y/o si lo aplicamos en mecánica de fluidos. Sabiendo esta diferencia nosotros podríamos plantear y resolver con seguridad el término densidad en los diferentes retos que necesitemos trabajar ya sea en cálculos hidráulicos de rociadores o en cálculos de la densidad de un fluido.

Ing. Juan F. Guzmán

Baja Design Engineering

#106 #4 EO 080523 Estructura vs Rociadores

EL 08052023

El rociador es una «cosititita» que se ubica debajo del techo. Este ayuda a proteger el inmueble en caso de un incendio, y se activa de forma automática. Cuando decimos que es automático nos referimos a que no se necesita de una persona que esté en ese momento para activarlo. Este se activa por diferencia de temperatura mas la presión del agua dentro de las tuberías que provocan el flujo de agua de forma automática.

Pero esta publicación no es para hablarte solamente del rociador. Queremos platicarte por qué es importante que el rociador se module con la estructura. Muchas empresas de diseño no le dan la importancia que debe y permiten que el diseño se realice sin considerar la estructura con el argumento de que en campo se resolverá. Lo que en realidad no te dicen es que en campo lo que se resolverá son todos los faltantes que no te consideró en la cotización.

Al no haber coordinación de rociadores y estructura, en campo se deben hacer muchas consideraciones para que los rociadores no se vean afectados por la estructura. Cuando decimos afectaciones nos referimos a las obstrucciones.

Diseño de Rociadores

Una situación común en los diseños es que no se cuente con la estructura. Esto se debe a varias situaciones.

Todos comienzan al mismo tiempo

Estos casos son poco probables debido a que normalmente las instalaciones mecánicas llegan al proyecto cuando ya hay un diseño arquitectónico y estructural. Puede llegar a pasar, pero muy poco.

No envían la estructura

Todos somos celosos de nuestro trabajo y no nos gusta que nos presionen y menos que nos estén pidiendo cosas. Cuando la estructura se hace al mismo tiempo si representa un problema porque así como nosotros podemos cambiar cosas, el estructurista también. Si observa que por las instalaciones debe poner refuerzos, eso hace que revisemos de nuevo nuestro diseño.

Una situación actual. La estructura se está diseñando con unos refuerzos que conocemos como Liga joist (Ver imagen). Si bien es un elemento pequeño, cuando es un rociador ESFR debemos poner especial atención, ya que es la diferencia entre poner 5 ramales o 4 ramales.

Es un lugar existente

Nos pasó una vez. Nuestra empresa hermana cotizó una instalación. El diseño o ingeniería lo realizó otra firma de ingeniería. No consideraron estructura, así que pusieron rociadores sin esta. Al hacer la revisión, nos dimos cuenta que no estaba la estructura, la solicitamos y nos dimos cuenta que el sistema podía rotarse 90 grados y con eso podíamos crear un ahorro, quitar soportes trapecio y colocar soporte tipo pera. Esto significó un gran ahorro para el cliente.

No está completa la información

Cuando no está completa la información sucede que no estamos seguros al 100% si un rociador estará obstruido o sí alguna tubería tendrá un «offset». Cuando estamos diseñando desde un inicio todas las especialidades, es necesario estar pendiente de las actualizaciones de las ingenierías. Mira las imágenes.

Se colocó un rociador en un área que estaba descubierta, sin embargo, en la instalación se encontró que se colocó una subestructura para colgar accesorios. No hubo coordinación entre el sistema contra incendios y la estructura. Esto provoca que se tengan que mover los rociadores o la subestructura. Sea cual sea, genera un costo que se puede evitar en papel.

Si bien aquí el desvío en la tubería se debió a un error del ingeniero, un «strut» puede causar el mismo efecto, un desvío de la tubería que tal vez no se considera en el diseño y que se debe adecuar en campo. Si piensas que un desvío así no afecta en la instalación, piensa que es tubería de 2 pulgadas y 50 ramales. 50 veces 4 codos + coples + riser niple para hacer el «offset». Pon número a eso y verás que si tiene impacto.

Si comienzas a diseñar, no se te olvide pedir la estructura. Si eres instalador y estas cotizando la instalación, pide que te manden la estructura en los planos del sistema contra incendios.

Te comparto este vídeo donde te platico de la importancia de la estructura cuando diseñamos rociadores.

bajadesignengineeringblog

Eduardo López

Ingeniero Mecánico, NICET, CFPS, CETRACI

#105 #3 EO 20022023 Áreas de un sistema rociadores contra incendios

#105 EL 20022023

El concepto de sistemas de protección de incendios puede ser muy amplio o muy corto dependiendo del contexto en que lo uses. Para muchos, el sistema contra incendios es el sistema de alarmas; para otros es el sistema de mangueras; para otro es el cuarto de bombas; para otro es los rociadores; y así nos podemos ir identificando cada área.

Puede ser tan complejo como queramos o tan sencillo como lo deseemos.

En este tema te platicaré como podemos seccionar el sistema contra incendios en áreas para así poder identificar y comprender cada una de ellas.

Tipos de áreas

Entendamos como área al concepto que ésta representan dentro de los sistemas de protección de incendios. Una área puede comprender un solo panfleto de la NFPA y otro puede incluir varios, pero al final, este seccionamiento por áreas nos puede ayudar a entender los límites de los sistemas de protección de incendios en cuanto a los diseños.

Un sistema contra incendios lo podemos dividir en 4 grandes áreas para estudiar.

  1. Tanque
  2. Bomba
  3. Red exterior
  4. Sistemas de rociadores/mangueras/boquillas

A partir de estas áreas podemos expandir la zona para revisar o determinar que es lo que debemos hacer, contemplar, o diseñar en cada una. El tanque no solo es el tanque, es cimentación, succión, llenado, boquillas, anclas, etc.

Comencemos por el tanque.

Tanque para almacenamiento de Agua contra incendios

Las bombas contra incendios no crean agua, solo la mueven de un lugar a otro. El agua debe provenir de algún lugar. En LATAM, los diseños de protección de incendios se hacen considerando un almacenamiento de agua por medio de un tanque.

Los tanques se regirón por los criterios que el diseñador se base para estos y por la NFPA 22, ademas de evaluar las condiciones sísmicas del lugar donde se colocara el tanque.

El tanque no tiene que ser solo de hojas de metal, también puede ser de concreto. El tanque de concreto, al igual que el de metal, se debe regir por las mismas normas además de las que le apliquen por ser concreto.

Para el tanque se debe considerar tipo de suelo, cimentación, anclas, ancho del tanque, altura del tanque, capacidad del sci y/o doméstica, etc.

Bomba contra incendios

El cuarto de bombas debe estar a un lado del tanque. El tanque no puede estar muy lejos debido a la caída de presión que se puede presentar al transportar el agua desde el tanque a la succión de la bomba. El agua viaja desde el tanque a la succión de la bomba por gravedad.

En el cuarto de bombas se involucra el NFPA 20 así como otras normas mexicanas. La bomba contra incendios se utiliza para darle fuerza al agua y hacer que llegue a donde debe llegar con la presión necesaria para que trabaje. La bomba no crea agua, solo le da impulso.

En el cuarto de bombas tendremos más elementos o dispositivos que debemos tomar en cuenta como:

Red Exterior

Puede ser aérea o enterrada. La tubería enterrada se deberá regir por la NFPA 24, mientras la que tubería enterrada por la NFPA 24 y la 13 ya que tendrá elementos que tienen que ver con las especificaciones de tubería, soportes, accesorios, etc.

Este es una área muy importante del sistema contra incendios y es debido a que por medio de ésta se puede distribuir al área #4 que es la de rociadores o mangueras o boquillas.

La misma bomba puede alimentar un sistema de ESFR, un sistema de diluvio, un sistema de foam, un sistema de mangueras, etc. Todos estos pueden estar en diferentes edificios pero se alimentan por medio de la red exterior.

Sistema de Rociadores o Sistema de Mangueras o Sistema con Boquillas

Puede ser cualquier tipo de sistema de tuberías enfocado a la acción final de proteger las mercancías, lugar o equipo.

Aquí podemos encontrar un sistema de rociadores para oficinas, para producción, un almacén con rociadores ESFR, cuartos mecánicos que tienen rociadores k8.0 o k11.2 así como almacenes donde solo les piden colocar mangueras contra incendios para pasar bomberos.

Sistemas de diluvio, de pre-acción que protegen equipos o tanques son otros usos para esta red de tuberías.

Relación

Todas éstas áreas están relacionadas unas con otras. sin ellas no puede funcionar el sistema de tuberías para llevar agua a la zona a proteger.

Si la bomba no tiene la presión suficiente o no es de la capacidad adecuada, entonces no importa que las tuberías en el sistema de rociadores sea la más adecuada, el agua nunca llegará con la presión suficiente.

Si la tubería de la red contra incendios exterior enterrada o aérea no es la adecuada, no importa que la bomba tenga la capacitad suficiente, el agua no llegará con la presión suficiente para combatir el incendio.

Si el tanque para almacenar agua no es de la capacidad que se necesita, no importa que la bomba sea la adecuada, no importa que las tuberías sean las indicadas, no habrá suficiente agua para combatir el incendio.

Su relación es directa. No se puede realizar un diseño hasta la base del riser y decir que ahí termina. sin embargo, existen situaciones en las que el cliente no cuenta con la información completa y en esos casos es cuando se puede calcular hasta la base del riser indicando que el cliente debe proveer la cantidad de agua y presión que se necesita para que funcione el sistema.

Tuvimos un cliente que hizo un trabajo completo en crear sus especificaciones basado en lo que produce y almacena. En sus especificaciones indicaban que la presión mínima en la base del riser debía ser 90 psi. Con esto se aseguraban de que, si un diseñador hace la red exterior y otro el interior, los dos consideren ese dato para sus diámetros. El diseñador de la red debía asegurarse que en la base del riser lleguen 90 psi como mínimo. El diseñador del interior debía calcular considerando que en la base del riser tiene 90 psi o más.

Ahora que ya conoces las principales áreas de un sistema contra incendios, ¿Qué opinas cuando te dicen que no tienen la información de la bomba contra incendios?

Ing. Eduardo López

Certificado NICET, CETRACI y CFPS.

Perfil

#103 #1 FR 170422 Métodos de Cálculo de tuberías en NFPA 13

Dos métodos para calcular tuberías y demanda de agua de los RACI

Existen dos métodos para calcular los diámetros de las tuberías y determinar la demanda de agua para un sistema de rociadores por NFPA 13, obviamente los dos métodos son sólo para riesgos de ocupación en un sistema de control del fuego, en riesgos por almacenamiento o mercancías, sólo se puede utilizar el segundo método.

El primer método

El más antiguo utilizado es el llamado Pipe Schedule method o método por cédula de tubería, para darle una traducción. Consiste en una técnica para determinar el diámetro de la tubería del sistema de rociadores y la demanda de agua, que ha sido empleado desde la primera determinación de diámetros de tubería por cédula, el cual fue publicado en 1905 con el nombre de “cookbook” conocido como un método de cédula de tubería.

El método por cédula de tubería fue utilizado exclusivamente hasta el comienzo de los cálculos hidráulicos y fue reducido progresivamente desde la edición de 1991 de la NFPA 13. El método sigue estando aceptable con limitadas aplicaciones, usando tablas con el número máximo de rociadores por ramal (Branchline) o cabezal principal (Main) por diámetro de tubería alimentación. Hay tablas para cada ocupación, los diseñadores son capaces de seleccionar el diámetro o diámetros de una forma rápida, basados en el número de rociadores aguas abajo de la tubería seleccionada. Por ejemplo para una ocupación de riesgo ligero un diametro de tuberia de 1 pulg es permitido para alimentar dos rociadores (ver Imagen #1,  tabla: 28.5.3.4 Ordinary Hazard Pipe Schedule NFPA 13 Ed. 2022) y un diámetro de tubería de 1 ¼ pulg es permitido para alimentar tres rociadores.  El método por cédula es limitado para sistemas existentes y sistemas nuevos o extensiones de sistemas existentes, donde los requerimientos del capítulo 19 de NFPA 13  Ed. 2022 se cumplan. Se debe usar el límite de menos de 5,000 ft2 para ocupaciones nuevas en riesgo ligeros y ordinarios o adiciones o modificaciones en sistemas existentes con método por cédula   para ocupaciones con riesgos ligeros, ordinarios y extraordinarios. 

Imagen #1

El segundo método

Es conocido como Hydraulic Design method o método de diseño hidráulico, por darle una traducción. En los sistemas de rociadores diseñados hidráulicamente, el suministro de agua es comparado con la demanda de agua necesaria para controlar o suprimir el fuego que pudiera presentarse. La demanda de agua necesaria o calculada para el sistema de rociadores deberá ser menor al suministro de agua  del sistema de rociadores. 

Este método de diseño de sistemas de rociadores hidráulicamente calculados se desarrolló entre 1940 ‘s y 1950’s.  Su primera aparición en NFPA 13 fue en la edición de 1966. Actualmente hay dos métodos de diseño hidráulico que se usan comúnmente en los diseños de sistemas de rociadores, con riesgos ligeros, ordinarios o extraordinarios (no se utilizan en ocupaciones de riesgos especiales o en ocupaciones de almacenamientos). Estos métodos son el  Density/Area design method (Método de diseño Densidad/Área) y el Room Design method (Método de diseño por cuarto), Ninguno de estos métodos aplica para sistemas de rociadores especiales o de aplicación especial. Los sistemas de rociadores protegen algunas ocupaciones de almacenamientos utilizando el método de diseño Densidad/Área pero NO utilizan las mismas curvas de Densidad/Área (ver Imagen #2,  figura: 21.4.1.2.2.1(a) Sprinkler System Design Curves – 20 ft (6.1 m) High Rack Storage – Class I Nonencapsulated Commodities – Conventional Pallets.  NFPA 13 Ed. 2022) utilizadas en riesgos por ocupación para evaluación o modificación de sistemas existentes. (ver Imagen #3,  figura: 19.3.3.1.1 Density/Area Curves for the evaluation or modification of existing.  NFPA 13 Ed. 2022)

Imagen #2

Imagen #3

Conclusiones:

Es importante identificar y utilizar el método correcto en las diferentes aplicaciones de diseños de rociadores, ya que no todos los métodos descritos en NFPA 13 ed. 2022, Podrán utilizarse sin saber las limitaciones, consideraciones o incluso obsoletos en las actualizaciones de la norma. Por lo anterior siempre deberemos revisar y confirmar los métodos para calcular nuestras tuberías y la demanda de agua de los RACI.

Por Ing. Frank Guzman

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