#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

#108 #6 EO 020623 Explosión vs Flamazo

EL 02062023

La diferencia entre una explosión y un flamazo radica principalmente en la forma en que se liberan y propagan la energía.

Una explosión es una liberación repentina y violenta de energía en la cual se generan altas presiones y temperaturas. Esto ocurre generalmente cuando una sustancia, como un combustible o un explosivo, reacciona de manera rápida y exotérmica, liberando grandes cantidades de gas, calor y, a menudo, produciendo una onda de choque. Las explosiones pueden ser causadas por diferentes factores, como una reacción química descontrolada, la ignición de una mezcla explosiva o el mal manejo de sustancias inflamables.

Por otro lado, un flamazo es una liberación rápida y visible de energía en forma de una llama brillante y momentánea. Es más superficial y menos violento que una explosión. Los flamazos generalmente ocurren cuando se enciende repentinamente un combustible gaseoso, líquido o en aerosol, y se produce una combustión instantánea en presencia de oxígeno. Un flamazo puede ocurrir, por ejemplo, al encender una estufa de gas, prender un fósforo o encender un mechero.

En resumen, mientras que una explosión implica una liberación brusca y violenta de energía que produce una onda de choque y puede causar daños significativos, un flamazo es una combustión instantánea y visible que genera una llama brillante pero menos destructiva

Qué puede provocar una explosión?

Una explosión puede ser provocada por diversas causas, y estas pueden variar dependiendo del contexto. Algunas de las causas comunes de las explosiones incluyen:

  1. Combustibles y gases inflamables: La presencia de sustancias combustibles, como gasolina, propano, butano, explosivos, polvo combustible u otros productos químicos volátiles, puede provocar explosiones si se encuentran en condiciones adecuadas de concentración, mezcla con el aire y fuente de ignición.
  2. Ignición de mezclas explosivas: Si hay una mezcla adecuada de un combustible y un oxidante en el aire, como gas y oxígeno, y se produce una fuente de ignición, como una chispa, una llama abierta o una temperatura alta, puede ocurrir una explosión.
  3. Reacciones químicas descontroladas: En algunos casos, las reacciones químicas pueden volverse inestables y desencadenar una liberación repentina de energía. Esto puede suceder en procesos industriales, laboratorios o en la manipulación incorrecta de sustancias químicas.
  4. Fallos en equipos o sistemas: Los fallos en equipos o sistemas pueden generar condiciones peligrosas que conducen a una explosión. Por ejemplo, una fuga de gas en una tubería o una falla en un equipo de contención pueden acumular combustibles y causar una explosión si se produce una fuente de ignición.
  5. Calor extremo: El calor extremo puede causar la ruptura de recipientes a presión, como cilindros de gas, generando una explosión. Esto puede ocurrir en situaciones como incendios estructurales, incendios en plantas industriales o accidentes en instalaciones de almacenamiento de sustancias peligrosas.

Es importante tener en cuenta que estas son solo algunas de las posibles causas de explosiones y que cada situación puede ser única. Además, es fundamental tomar las precauciones adecuadas en entornos potencialmente peligrosos y seguir las normas de seguridad correspondientes para prevenir accidentes.

Qué puede provocar un flamazo?

Un flamazo puede ser provocado por la presencia de combustibles inflamables y una fuente de ignición. Algunas situaciones comunes que pueden dar lugar a un flamazo incluyen:

  1. Encendido de gas: Al encender una estufa de gas, un calentador de agua o una parrilla, si hay una acumulación de gas y se produce una chispa o una llama piloto, puede ocurrir un flamazo.
  2. Ignición de líquidos inflamables: Cuando se manejan líquidos inflamables como gasolina, disolventes o productos químicos volátiles, si hay una fuente de ignición cercana, como una chispa o una llama abierta, puede generarse un flamazo al entrar en contacto con el combustible.
  3. Aerosoles inflamables: Los aerosoles, como los desodorantes en aerosol, los productos para el cabello o los insecticidas, contienen propelentes inflamables. Si se rocían en presencia de una fuente de ignición, como una llama o un objeto caliente, puede ocurrir un flamazo.
  4. Mal uso de fuego abierto: El mal manejo de fuego abierto, como prender un fósforo o un encendedor de manera descuidada, puede generar un flamazo si se produce una combustión instantánea del combustible presente en el área.
  5. Soldadura y corte: En operaciones de soldadura o corte con herramientas como sopletes, si los combustibles o materiales cercanos son inflamables y entran en contacto con la fuente de calor, puede producirse un flamazo.

Es importante destacar que un flamazo generalmente es una reacción de combustión localizada y momentánea, y no implica la liberación violenta y expansiva de energía que caracteriza a una explosión. Sin embargo, los flamazos pueden ser peligrosos y causar lesiones si no se toman las precauciones adecuadas y no se manejan de manera segura los combustibles inflamables y las fuentes de ignición.

Ing. Eduardo López

NICET III, CFPS, CETRACI

Baja Design Engineering

#107 #5 EE 250523 Ángulos de la vertical para sísmicos – Eso cómo se lee?

EL 25052023

¿Estas acostumbrado a calcular soportes sísmicos? si la respuesta es no, deja te platico de un término que es confuso.

  • «Less than 90 degrees from Vertical»
  • Menos de 90 grados de la Vertical.

NFPA tiene una tabla (Tabla 18.5.2.3 NFPA 2022) donde nos indica unos números con los cuales debemos dividir la carga que ese sísmico deberá cargar según el ángulo de instalación. Mira la siguiente imagen. La vertical es la línea imaginaria que obtenemos del tubo al que le vamos a poner el sísmico. Los 90 grados es el ángulo máximo al que se pondrá el elemento a soportar sísmicamente al tubo del sistema contra incendios.

Si el soporte sísmico está próximo a los 90 grados, la capacidad de carga aumenta, o mejor dicho, la capacidad de carga es para la cual fue diseñado.

Así es como se vería el ángulo de un sísmico.

¿Para qué me sirve conocer el ángulo del sísmico?

Principalmente para conocer si el soporte es el adecuado para soportar la carga del movimiento del tubo.

Los softwares de cálculo tienen la sección de indicar el ángulo, y ¿por qué? para poder hacer el ajuste que les comentaba al inicio. El ángulo se puede determinar con un corte de la estructura y conociendo la ubicación y altura del cabezal o ramal.

Cero grados es un ángulo que no es aceptable para un sísmico lateral, un ángulo de noventa grados es difícil de conseguir ya que estaríamos hablando de que el tubo está al mismo nivel de la estructura a la cual se sujetará.

Ejemplo de sísmico longitudinal con un ángulo aceptable.

Ejemplo de sísmico longitudinal con un ángulo no aceptable. La foto se tomó por debajo, sin embargo, se puede apreciar bien que el ángulo del soporte longitudinal está casi a cero grados. En esta posición, el soporte no cumple con su función.

Aquí muestro unos ejemplos de ángulos que no están correctos.

Lateral parece bien, pero el Longitudinal está a casi 0 grados
Aquí vemos otro ángulo del sísmico Longitudinal
Otro sísmico más largo
Otro ángulo

A continuación, te muestro los diferentes ángulos con respecto a la vertical.

Cero grados. Trabajaría como péndulo.
A 15 Grados. Sigue funcionando como péndulo
A 30 Grados. Está ya ofreciendo resistencia.
A 45 grados. Ofrece mas resistencia.
A 60 grados. Pasan dos cosas, ayuda más a la resistencia pero el brazo se hace más largo.
A 75 Grados. La unica forma que se podria colcoar es que el tubo este muy cerca a la estructura, de otra forma el brazo sería demasaido largo.
A 90 Grados está muy difícil que encontremos uno, pero si lo hay, ofrece más resistencia al movimiento, pero el tubo tendría que estar pegado a la estructura.

Es importante que se diseñen los soportes sísmicos. No se dejen a la interpretación en la instalación.

Ing. Eduardo López

CETRACI, CFPS, NICET

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.

  • Todas las especialidades comenzaron al mismo tiempo y por lo tanto no tienes forma de comenzar si la estructura también va comenzando.
  • El estructurista no envía la información porque, como nos dijeron una vez, «lo tuyo son unos tubitos». Tubitos? tubitos cuando le pasamos al cliente la orden de cambio por las obstrucciones.
  • Es un lugar existente y no cuentan con los planos asbuilt y el diseñador no considera hacer toma de medidas de la estructura.
  • No esta completa la información de la estructura.

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:

  • Válvulas de seccionamiento o control.
  • Medidor de flujo.
  • Válvula de relevo.
  • Válvula check.
  • Tuberías de diferentes diámetros.
  • Tanque Disel.
  • Tableros de control.
  • Líneas de sensado.
  • etc.

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.

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