#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 la 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. 

Table

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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)

Diagram

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Imagen #2

Chart, line chart

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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

#097 NFPA 101 “Life Safety Code”

La NFPA (National Fire Protection Association) es una organización creada en Estados Unidos, 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. Sus estándares conocidos como National Fire Codes recomiendan las prácticas seguras desarrolladas por personal experto en el control de incendios.

NFPA es responsable de 300 códigos y normas que se han diseñado para minimizar el riesgo y los efectos del fuego mediante el establecimiento de criterios para la construcción, la elaboración, diseño, servicio, y la instalación en los Estados Unidos, así como muchos otros países. Sus más de 200 códigos y comités técnicos de elaboración de normas componen de más de 6.000 plazas de voluntariado. Los voluntarios votan sobre las propuestas y las revisiones en un proceso que está acreditado por el American National Standards Institute (ANSI).

El codigo  de Seguridad Humana se origino en 1913 por el comite de Seguridad de la Vida (uno de lo mas de 200 comites de la NFPA). Como se señala en la edicion de 1991 de “Life Safety Code Handbook” El comite dedico su atencion a estudiar la perdida de vidas por causa de incendios.

Este trabajo permitio la preparacion de los estandares para la construccion de cubos de escaleras, salidas de emergencia  y estructuras similares, para los simulacros de incendio en diferentes ocupaciones y para la construcción y el arreglo de las de la salida de emergencia en fábricas, escuelas y otras ocupaciones, todo esto constituye las bases del presente codigo ….. 

Propósito. El Código se dirige a las características de construcción, protección y ocupación necesarias para minimizar el peligro de la vida por los efectos del fuego, como el humo, el calor y los gases tóxicos creados durante un incendio.

El Código establece criterios mínimos, teniendo en cuenta la función, para el diseño, operación y mantenimiento de edificios y estructuras en materia de seguridad a la vida de un incendio, sus disposiciones también ayudará a la seguridad de la vida en situaciones de emergencia similares.

Meta . La meta de este código es proporcionar un ambiente seguro para los ocupantes de una edificación, ya sea que se encuentren en el área exacta de la iniciación de fuego o aquellos que se encuentran a sus alrededores.

Objetivos. •Protección de los ocupantes •Integridad estructural •Efectividad de los sistemas de seguridad utilizados

Consideraciones  NO relacionados con el fuego. El Código aborda también otras consideraciones que, si bien son importante en caso de incendio, ofrecen un beneficio en el curso en otras condiciones de uso, incluidas las emergencias ajenas a incendios.

Requerimientos Fundamentales.

  1. Múltiples Salvavidas:  Hace referencia a que la seguridad no dependerá exclusivamente de una persona.
  2. Medios de evacuación: Indica las características necesarias para para que las salidas de emergencias sean lo mas efectivas al existir una alarma de evacuación cumpliendo con los siguientes puntos.
    1. Numero de Salidas de Evacuación: 
    2. Salidas sin obstrucciones
    3. Conocimiento de las salidas
    4. Iluminación
  3. Notificación a los ocupantes: Los sistema de alarmas son utilizados para indicar la existencia de fuego, cuando el fuego mismo no sea alerta suficiente.
  4. Conciencia de la situación: Todo sistema utilizado para salvaguardar la vida en caso de incendio deberá ser el adecuado para el edificio e indicar el peligro de incendio lo mas rápido posible.
  5. Diseño e instalación de sistema: Todo sistema y equipo deberá ser instalado y diseñado bajos estándares de NFPA.
  6. Mantenimiento: Todo equipo o sistema  deberá recibir mantenimiento.

El NFPA 101 es aplicable para construcciones, edificios y estructuras de tipo:

  1. Nuevas y
  2. Existentes

Y los tipos de edificios donde se aplican estos estándares son:

  • Escuelas
  • Almacenes
  • Industriales
  • Hoteles y Dormitorios
  • Hospitales
  • Prisiones y Correccionales
  • Rascacielos
  • Etc.
Te compartimos este video que creamos del NFPA 101. No olvides suscribirte a nuestro canal #bdetvchannel.

Por. Ing. Eduardo López

#081 ¿Qué es un Sistema Contra Incendios?

Boletín Informativo #106

¿Qué entendemos por sistema de protección de incendios?

  • Mangueras/hidrantes
  • Extintores
  • Alarmas
  • Bomberos
  • Algo caro
  • etc

Pocas veces nos viene a la mente

  • Rociadores
  • Bombas contra incendios
  • Tanques para almacenar agua

En esta ocasión les mencionaremos el panorama general de un sistema de protección de incendios.

Áreas de un sistema contra incendios
Ubicación de los NFPA de acuerdo con el área de aplicación

Elementos del Sistemas de protección de incendios

  • Tanque para almacenar agua
  • Tubería entre el tanque y la bomba contra incendios
  • Bomba contra incendios
  • Red de alimentación entre el sistema y la bomba
  • sistema de rociadores, mangueras, diluvio, pre acción, etc.

Secuencia de activación

Se inicia el fuego. Crece el fuego. El calor llega al techo o se queda en el suelo. Se calientan los bulbos o los link metálicos o tomas una manguera ci o el sistema hidráulico se activa (diluvio, pre acción, etc). Sale agua por el orificio del dispositivo activado. Disminuye la presión en la red de tuberías. La bomba contra incendios censa la caída de presión en el sistema. La bomba interpreta que esta saliendo agua por un punto en la red. La bomba se enciende y comienza a impulsar agua con una presión determinada. El agua que la bomba impulsa la toma del tanque que almacena agua.

Tanque

Se utiliza un tanque para almacenar agua para garantizar el suministro en el momento de un incendio. NFPA pide 30, 60, 90 o 120 minutos, dependiendo del riesgo a proteger y las condiciones físicas del lugar a proteger.  Además de tanques, también pueden ser lagos, ríos, mar (pero aplican otras condiciones extras).  

Tuberías de conexión entre tanque y bomba

El agua en el tanque crea una carga estática la cual permite que haya agua en la succión de la bomba. Esta agua se suministra por medio de la tubería que conecta el fondo del tanque con la succión de la bomba.

Bomba Contra incendios

La bomba contra incendios se utiliza para darle impulso al agua que proviene del tanque. Es común que nos confundamos con el hecho de que la bomba crea el flujo de agua, cuando la realidad es que no. Las bombas ci no crean flujo, lo que hacen es que a un flujo determinado le proporcionan la presión adecuada para llegar al punto donde se requiere que llegue el agua.

Red de alimentación

La red de distribución de agua puede ser enterrada o expuesta. Esta nos permite llevar el agua desde la fuente de alimentación hasta el punto donde se requiere suministrar agua.

Risers

No los mencionamos al inicio porque están incluidos en el sistema de rociadores o mangueras. Estos controlan el acceso de agua al sistema y permiten el seccionamiento de los sistemas.

Red de rociadores

Es el punto por donde sale el agua y ataque el fuego. Pueden ser mangueras u otro tipo de sistema automático o semi automático.

Resumen

  • Hay fuego
  • Genera Calor
  • Se abre el dispositivo (rociador o manguera)
  • Sale agua
  • Cae la presión
  • La bomba censa la caída de presión
  • Se enciende la bomba CI
  • Impulsa agua a una presión determinada

Por ing. Eduardo López

#080 ¿Qué Rociador uso?: Densidades y Rociadores

Boletín de Ingeniería #105 2020

La pregunta que todos nos hacemos:

Ya tengo el criterio de diseño, pero ahora…

¿Qué rociador utilizo?

Primero lo primero

Son 3 cosas que debemos identificar

  • Densidad
  • Rociador
  • Presión

Las densidades están dadas por la figura de Densidad/Área del NFPA 13

Figura 19.3.3.1.1 del NFPA 13 edición 2019, página 13-162

El rociador que utilizaremos para densidad/área serán del K5.6, K8.0 al K11.2

Utilizar rociadores menores de 5.6 se clasifican para residencias o aplicaciones menores a riesgo ligero y rociadores arriba de 11.2 son tomados para almacenamientos con presiones y aplicaciones especificas.

La presión mínima que pide NFPA sección 27.2.4.11.1 es de 7 psi.

Algunos rociadores tiene presiones mínimas de aplicación. Para este ejercicio tomaremos como base 7 psi.

Del NFPA 13 edición 2012 podemos rescatar esta información que nos sirve para darnos una idea de las densidades en relación a los rociadores. ver siguiente imagen.

Sección 12.1.13* del NFPA 13 edición 2002, página 13-108

Muy bien, ¿pero entonces puedo usar un K11.2 con una densidad de 0.2 según la tabla?

Técnicamente si, en la practica no tanto, eso es lo que quiero explicar.

Cálculos

Haremos unos cálculos rápidos para ejemplificar algunos conceptos.

Para una densidad de 0.20gpm/sq.ft ¿que rociador es el ideal?

Rociador K5.6 a una presión de 7 psi. Q=5.6√7=14.81 gpm. Este es el flujo por rociador que me pide un K5.6.

Rociador K8.0 a una presión de 7 psi.  Q=8.0√7=21.16 gpm. Este es el flujo por rociador que me pide un K5.6.

Rociador K11.2 a una presión de 7 psi.  Q=11.2√7=29.63 gpm. Este es el flujo por rociador que me pide un K5.6.

Un rociador que ocupa más agua se traduce en una tubería más grande.

Ahora supón que el rociador esta a 100 sq.ft. Q=0.20 gpm/(sq,ft) x 100sq,ft = 20gpm. Esto quiere decir que el rociador necesita al menos 20 gpm.

El rociador ideal es el K8.0.

Asumiremos ahora una densidad de 0.10 /1500

Ahora supón que el rociador esta a 100 sq.ft. Q=0.10 gpm/(sq,ft) x100sq,ft=10gpm. Esto quiere decir que el rociador necesita al menos 10 gpm.

El rociador ideal es el K5.6

Resumen

Ejercicio 1

Si tengo una densidad de 0.25 y una área por rociador de 90 sq.ft. Requiero una cantidad de agua de 22.5 gpm, de acuerdo con la tabla de densidades y factores K puedo usar un K8.0 como mínimo o mayor.

Puedo usar el K8.0?

No, porque el K8.0 me da un flujo de 21.16 < 22.5 requerido, por lo tanto, tendría que utilizar el K11.2.

Ejercicio 2

Si tengo una densidad de 0.18 y una área por rociador de 94 sq.ft. ¿Qué rociador debo utilizar?

0.18 * 94 = 16.92 gpm

De acuerdo con la tabla de densidades, 0.18 < 0.20, por lo tanto, el rociador mínimo es el 5.6.

Puedo usarlo?

No, el K5.6 me da 14.81 gpm y requerimos 16.92 gpm, por lo tanto, el rociador a utilizar es el K8.0.

Los datos presentados aquí son interpretación del ingeniero quien realiza el documento.

Si requieren una interpretación formal, contactar a colaboradores de NFPA.

Por. Ing. Eduardo López

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#079 VK514 Panorama General

Boletín #104 2020

Realizamos esta radiografía del rociador VK514 de Viking para poder interpretar bien lo que nos dice su ficha técnica. esto fue lo que desarrollamos. 26 feb 2020. Por Ing. Eduardo López

  • Listado UL y Aprobado por FM Global
  • 1″ NPT, similar al K22
  • Presión máxima 175 psi
  • 3-3/16″ altura
  • Factor K 28.0
  • Fusible Metálico
  • Temperatura: 165oF Ordinario, 205oF Intermedio

Comparación de deflectores con respecto al K25 y K22

Elimina el uso de rociadores in-racks cuando se protege “high piled storage” de ciertos tipos de materiales.

«High piled storage»

Es cualquier almacenamiento alto en el cual se apilen cosas ya sea sólido, en rack, piso, estantes.

Las alturas de las que habla la ficha son las siguientes:

Esta diseñado para proteger los siguientes riesgos:

  • Paletizado
  • Almacenaje Paletizado Sólido
  • Almacenamiento de Racks abiertos simples, dobles y portátiles (no contenedores abiertos por arriba o repisas solidas)

El tamaño de pasillo entre almacenamientos es como sigue:

Materiales de almacenamientos que protege el rociador

  • Productos encapsulado o no encapsulado clase 1, 2, 3 y 4
  • UL listed para protección de productos encartonado no expandido grupo de plásticos A
  • FM Approved para protección de productos encartonado no expandido de plásticos

Ejemplos,. No utilizar como tal, solo son ilustrativos:

Riesgo y cálculos

La ficha técnica nos da 4 opciones para cálculo del rociador:

  • Opción #1. Por UL nos permite calcular la clase 4 de productos encapsulados o no encapsulado y encartonado, grupo A de plásticos no expandidos. Para pasillos de 6ft.
  • Opción #2. Por FM Global nos permite calcular clase 1 a 4 de plásticos encartonados no expandidos. Tiene 3 opciones de cálculo. Para pasillos de 6ft.
  • Opción #3. Por FM Global nos permite calcular clase 1 a 4 de plásticos encartonados no expandidos. Para pasillos de 8ft.

Opción #1

  • Edificio de 48 pies de altura
  • Almacenamientos de 43 pies de altura
  • Pasillos de 6 pies

Riesgo

Clase I-IV commodities encapsulado o no encapsulado y encartonado, grupo A plásticos no expandidos.

K28 @ 35 psi

Q=K√P

Q=28√35=165.65gpm

165.65 x 12 = 1987.8 gpm

1987.8 gpm + 250 gpm = 2237.8 gpm

2237.8 gpm x 60 min = 134268.16 galones

Nota importante: Son datos teóricos. Se debe hacer un cálculo hidráulico con los datos reales de una distribución y bomba. Estos datos son solamente de referencia.

Opción #2

  • FM Global
  • Edificio de 50 pies de altura
  • Almacenamientos de 45 pies de altura
  • Pasillos de 6 pies
  • Pendiente de la cubierta hasta 10 grados.

Riesgo

Clase I-IV Cartoned unexpanded plastics

Cálculo 1

Cálculo 1 se refiere a que esta opción tiene tres presiones para que se calcule y cada una depende del numero de rociadores en el área remota.

K28 @ 40 psi

Q=K√P

Q=28√40=177.08gpm

177.08 x 10 = 1770.8 gpm

1770.8 gpm + 250 gpm = 2020.8 gpm

2020.8 gpm x 60 min = 121252.52 galones

Nota importante: Son datos teóricos. Se debe hacer un cálculo hidráulico con los datos reales de una distribución y bomba. Estos datos son solamente de referencia.

Cálculo 2

K28 @ 80 psi

Q=K√P

Q=28√80=250.43gpm

250.43 x 4 = 1001.75 gpm

1001.75 gpm + 250 gpm = 1251.75 gpm

1251.75 gpm x 60 min = 75105.50 galones

Nota importante: Son datos teóricos. Se debe hacer un cálculo hidráulico con los datos reales de una distribución y bomba. Estos datos son solamente de referencia.

Ver siguiente cálculo

Cálculo 3

K28 @ 40 psi

Q=K√P

Q=28√40=177.08gpm

177.08 * 9 = 1593.72 gpm

1593.72 gpm + 250 gpm = 1843.72 gpm

1843.72 gpm x 60 min = 110623.2 galones

Nota importante: Son datos teóricos. Se debe hacer un cálculo hidráulico con los datos reales de una distribución y bomba. Estos datos son solamente de referencia.

Opción #3

  • FM Global
  • Edificio de 55 pies de altura
  • Almacenamientos de 50 pies de altura
  • Pasillos de 8 pies
  • Pendiente de la cubierta hasta 10 grados.

Riesgo

Clase I-IV Cartoned unexpanded plastics.

K28 @ 80 psi

Q=K√P

Q=28√80=250.43 gpm

250.43 x 9 = 2253.9 gpm

2253.9 gpm + 250 gpm = 2503.95 gpm

2503.95 gpm x 60 min = 150237.39 galones

Nota importante: Son datos teóricos. Se debe hacer un cálculo hidráulico con los datos reales de una distribución y bomba. Estos datos son solamente de referencia.

Resumen

Los datos presentados aquí son TEÓRICOS, se debe hacer un diseño real para determinar los datos reales de un diseño.

Aquí no se considera la presión de la bomba, tampoco se considera diferencias de nivel ni distancias entre el cuarto de bombas y el sistema de rociadores.

por Ing. Eduardo López

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