Necesidad de agua para contra incendios 143 297.45 galones. Tomar en cuenta que el cálculo realizado en el boletín #110 es rápido y para el ejercicio de hacer la operación.
Otro dato que toma relevancia es el agua doméstica
El tanque debe ser exclusivo para el uso del sistema contra incendios, sin embargo, el propietario a veces pide que se considere el agua doméstica en la capacidad del tanque para así no comprar dos tanques.
¿Qué debemos hacer en el caso que el cliente quiera agregar el agua domestica?
Sumarle la cantidad de agua.
Asumamos que quieren 35 000 galones para el uso doméstico.
Pero…
Se debe tener en cuenta algo muy importante.
El agua contraincendios SIEMPRE debe estar disponible para su uso.
¿Como aseguro eso?
El agua doméstica se toma de la altura que nos permita tener el volumen necesario para el sci.
El agua del sci siempre se toma de la parte más baja del tanque.
Determinarlo es sencillo.
Asumiremos que seleccionamos un tanque de 180 000 galones aproximadamente.
Buscamos en las tablas de tanques uno que se aproxime. (nota, estamos tomando datos para hacer el ejemplo del cálculo).
De esta sección de la tabla seleccionaremos uno para propósitos del ejemplo.
D=30 pies – 9 ¼ pulgadas
H=34 pies – 2 5/8 pulgadas
SIEMPRE se debe asegurar la suficiencia de agua para el sistema contra incendios.
En este ejemplo, el agua CI es 143 297.45 galones.
El agua doméstica es 35 000 galones.
¿Como le hago para que el agua ci no se vaya con el agua doméstica?
El agua ci se queda abajo y l agua doméstica se queda arriba.
La boquilla se succión del ci esta en la parte de abajo. Para asegurar la suficiencia de agua del ci, la boquilla se succión del agua doméstica debe estar por arriba del límite superior de la capacidad de agua del sistema contra incendios.
Eh! ¿Qué dijo?
Datos del tanque
D=30 pies – 9 ¼ pulgadas
H=34 pies – 2 5/8 pulgadas
Lo que haremos es determinar la altura a la que el volumen es 143 297.45 galones. Que es el volumen de agua ci.
V=πr^2 h
Despejamos h
h=V/(πr^2 )
Datos del tanque
D=30 pies – 9 ¼ pulgadas = 30.77 pies
H=34 pies – 2 5/8 pulgadas = 36.625 pies
h=V/(πr^2 )
h=(143 297.45 galones)/(π〖(15.38ft)〗^2 )
h=25.811ft
Esta es la altura que debe tener el tanque ci con el diámetro indicado para tener la suficiencia del agua del sci.
Corroboramos el volumen
V=π〖(15.38ft)〗^2 25.811ft = 19 155.89 ft3
Si ustedes hacen el calculo nos faltaran unas décimas, para propósitos del ejercicio así lo dejaremos.
Volumen Comprobado
La boquilla de succión del agua doméstica deberá colocarse por arriba del límite superior de la suficiencia de agua ci.
h=25.811ft
Nota: los datos presentados son para realizar el ejercicio. En una situación real se deberán tomar los datos que el proyecto arroje. Estos datos son solo demostrativos.
A través de cada uno de los boletines se ha dado un recorrido en forma general de algunos conceptos de suma importancia para los Sistemas de Protección Contra Incendios. Tales han sido, como la historia de los rociadores, la importancia de estos, su funcionamiento, tipos de sistemas, principios de combustión, rociadores especiales, etc., y, en este boletín en particular trataremos otro tema de bastante interés para aquellas personas o empresas que están interesados y dispuestos a invertir en el rubro de la Prevención, Protección y Combate Contra Incendios.
Recordando y teniendo presente que los rociadores salvan vidas.
TANQUES
Los tanques de almacenamiento de agua han sido una herramienta importante dentro de la industria de los sistemas contra incendio en los últimos 150 años, tanto que algunas compañías de seguros han considerado los tanques elevados como uno de los recursos más confiables para almacenamiento de agua para estos sistemas.
Retomando un poco de historia, el comité de la NFPA adopto el están-dar original de tanques de gravedad en 1909 (Standard Gravity Tanks), después el comité le cambió de nombre a Tanques de Almacenamiento (Water Tanks) y desde entonces ha sufrido modificaciones y actualizaciones para beneficio de los Sistemas Contra Incendio. Dicho están-dar es actualmente la norma NFPA 22 (Standard for Water Tanks for Private Fire Protection), el cual rige para el diseño e instalación de tanques privados a utilizar como recipientes de almacenamiento de agua. La edición 2008 es la más reciente de dicha norma – NFPA 22.
Existe una variedad de razones por las cuales el agua para un sistema de protección contra incendio debe de estar almacenada en un tanque. En este capítulo se explicará cuándo son necesarios los tanques, los diferentes tipos de tanques a utilizar y algunas notas para el diseño e instalación de estos. También se hará mención de las consideraciones para dar respuesta a la pregunta más común que recibimos al respecto:
¿Qué tan grande debe de ser el tanque?
NECESIDAD DE TANQUES
Hay 5 diferentes condiciones que conducen a la necesidad de un tanque para almacenar el agua:
Área rural – Sin red pública. Aun los edificios que se encuentran en aéreas donde no existen redes públicas necesitan disponer de agua para pelear contra el fuego. Desafortunadamente los propietarios tratan de eximir la inversión en un sistema contra incendio (como rociadores, gabinetes, etc.). Y en realidad, estos edificios en aéreas rurales son uno de los principales en requerir protección contra incendio.
La importancia de contar con un tanque para almacenamiento de agua es porque en caso de un siniestro o connato de incendio, el departamento de bomberos tenga la suficiente cantidad de agua para poder atacar en las primeras etapas al fuego, ya que es cuando se puede controlar, y a su vez, extinguir, de lo contrario tienen que buscar agua de partes lejanas, o bien contar únicamente con el agua del camión de bomberos, la cual pudiera ser insuficiente.
Red pública con flujo insuficiente. Otra situación en donde se requiere de tanque es en donde exista una red pública, pero esta red no tenga la capacidad suficiente para proveer el flujo necesario o no se pueda asegurar que el flujo sea constante. Esto podría suceder tanto en una comunidad rural como en una zona urbana, en donde la demanda de flujo del sistema o el riesgo de que se presente un incendio sean muy altos.
Un edificio de gran altura dividido en múltiples zonas verticales. La tercera situación en donde existe la necesidad de un tanque es en la presencia de edificios de gran altura, ya que en estos casos la carga estática del agua en las tuberías verticales crea presiones excesivas, por lo tanto, la solución a considerar es dividir el sistema en múltiples zonas verticales.
La mayoría de las veces, un tanque es utilizado para alimentar la zona(s) vertical(es) superior(es). En lugar de trabajar con presiones altas, los sistemas frecuentemente se dividen utilizando bombas y tanques dentro del edificio para alimentar dichas zonas.
Segundo suministro para redundancia. La cuarta situación donde los tanques se encuentran como parte de la protección contra incendios de un edificio es donde se desea un segundo suministro de agua para la redundancia. NFPA 13 (y la mayoría de los códigos de construcción y prevención al fuego) solo requieren de un solo suministro de agua para cualquier sistema contra incendio.
Sin embargo, muchas compañías de seguros ofrecen descuentos sustanciales en sus primas de seguros cuando en los edificios tienen dos o más fuentes de suministro de agua (siempre y cuando ambas fuentes sean independientemente capaces de suministrar la demanda para dicho sistema contra incendio).
Segundo suministro para zona sísmica. Y, por último, en donde se encuentra la presencia de los tanques como parte de la protección contra incendios de un edificio en zonas extremadamente sísmicas. Existen algunos códigos de construcción en donde sí requieren de un segundo suministro de agua para edificios importantes y en aéreas con alta actividad sísmica. Se deben considerar las siguientes características para emplearse los tanques:
Los tanques solo se requerirán en aéreas con significante actividad sísmica
Los tanques usualmente son requeridos en cierto tipo de edificios importantes, y
Los tanques generalmente no requieren almacenar toda la demanda para el sistema contra incendio.
TIPOS DE TANQUES Y/O RECIPIENTES
Existen dos tipos de tanques de almacenamiento:
Tanques Atmosféricos
Tanques de Gravedad (Elevados)
Tanques de Succión (Nivel del Suelo)
Tanques Terraplén recubierto con tela de goma ESRF (Nivel del Suelo)
Cisternas
Los tanques atmosféricos son aquellos que están abiertos en algún lugar (deberán tener una abertura como venteo) y libres para el intercambio de aire entre el exterior y el interior del tanque. La presión atmosférica que se está ejerciendo en la parte superior del tanque sobre el agua y la misma presión del agua harán que se asiente y tenga una presión en la parte inferior del tanque basado en la profundidad de este.
Los tanques elevados son colocados por encima de los sistemas contra incendio lo cual sirve para tomar ventaja con la carga por elevación e incrementar la presión disponible en el sistema de protección contra incendio.
Los tanques a nivel del suelo (ground) requieren ciertos dispositivos para incrementar la presión en el agua, para que ésta pueda actuar y contrarrestar el fuego. En la mayoría de los casos, las bombas contra incendio son los dispositivos que utilizar para incrementar la presión requerida.
Se le conoce como “Tanques de Succión” en donde se utiliza el tanque para alimentar la bomba contra incendio (ver figura). Para estos tanques es necesario considerar en la base una placa anti-torbellino. Esta placa plana y paralela a la parte inferior del tanque tiene un orificio en la parte central y es por donde se conecta la succión de la bomba, su función es prevenir que el agua forme vórtices que puedan dañar el equipo de bombeo.
Otro tipo de tanque a nivel del suelo son los Terraplén recubierto con tela de goma ESRF. Básicamente es hacer un agujero en la tierra que se protege con diques de tierra (taludes). Este sistema es el más práctico para almacenamiento de grandes cantidades de agua. Su uso común es en aéreas rurales, ya que en lugares urbanos sería muy difícil encontrar suficiente espacio disponible.
Las cisternas, siendo contenedores subterráneos en su mayoría, son aplicables también para el uso como recipientes de almacenamiento de agua para sistemas contra incendio, pero requieren del uso de bombas contra incendio (como en el caso de los tanques de succión) ya sea bomba del tipo horizontal, o bien, vertical tipo turbina. Estos recipientes son muy utilizados en lugares donde no se cuenta con suficiente espacio para poder colocar un tanque superficial.
Tanques Presurizados
Los tanques presurizados están totalmente sellados y se presurizan una vez que han sido llenos con agua. La forma más usual para presurizar estos tanques es por medio del uso de compresores de aire. La función del aire presurizado dentro del tanque es provocar un empuje para incrementar la presión total en el tanque y a su vez a la salida del agua. Los tanques presurizados tienden a trabajar mejor cuando el volumen de aire en el tanque es aproximadamente 1/3 del volumen total del tanque (el volumen del agua constaría de las 2/3 partes restantes del volumen del tanque).
UBICACIÓN DE LOS TANQUES
Para determinar la mejor ubicación de los tanques, la norma NFPA-22 hace mención de cuidar que los tanques no estén expuestos al fuego o al congelamiento del agua, para evitar esas condiciones, debe cuidarse lo siguiente:
Contra el Fuego:
Localizar el tanque por lo menos a 20-pies de cualquier estructura combustible, o
Aquellos tanques que queden dentro de los 20-pies, manejar materiales a prueba de fuego, o
Uso de rociadores abiertos (protección de la exposición) para depósitos a 20-pies de las estructuras combustibles.
Contra el Congelamiento:
Localizar el tanque en espacios con calefacción, o
Instalar equipos de calentamiento para el tanque.
Es importante mencionar que no siempre se podrá cumplir con estos parámetros, puesto que dependerá de las condiciones del edificio y/o predio. Para estos casos se debe buscar un acuerdo con su aseguradora (si existiese) o, con la autoridad competente, como puede ser el Departamento Local de Bomberos.
DIMENSIONAMIENTO DE LOS TANQUES
Como se mencionó al principio de este boletín, la pregunta más común para estos casos es:
¿Qué tan grande debe de ser el tanque?”, o mejor dicho,
¿Cómo saber cuál es el tamaño correcto a usar en cierto sistema contra incendio?
Esta respuesta no se podrá encontrar en la norma NFPA 22, sino que cada estándar o norma de la NFPA comprende declaraciones sobre el requisito de la duración prevista para el suministro de agua.
Por ejemplo, la NFPA 13 contiene una tabla donde se menciona la duración prevista para las diferentes clasificaciones de riesgo (Tabla 11.2.3.1.2) y, para otro tipo de riesgos, u otros sistemas contra incendio, existe un estándar aplicable de la NFPA. Es importante hacer referencia que de acuerdo con los requerimientos de la NFPA 13 para los tanques, NO es necesario almacenar agua para toda el área del sistema de rociadores cercano al riser. Solo es necesario almacenar el tiempo especificado en la tabla antes mencionada para la zona más remota del sistema. Sin olvidar, claro está, la presencia de las estaciones de manguera.
Entonces, ¿cómo dimensionar el tanque correctamente? Esto dependerá de las siguientes respuestas: sí el sistema está siendo calculado hidráulicamente o por “pipe schedule”, sí el tanque es elevado o a nivel de piso y, sí el tanque es del tipo atmosférico o presurizado. Estas respuestas deberán ser determinadas por los expertos en sistemas contra incendio para obtener el dimensionamiento correcto.
EQUIPAMIENTO DE LOS TANQUES
Para su buen funcionamiento, los tanques requieren tener algunos dispositivos, los cuales son los siguientes:
Indicador de Nivel de Agua
Tubería de descarga (Válvula de control y Válvula Check)
Tubería de Llenado (Fill)
Tubería para Desalojo de Demasías (Overflow)
Abertura para limpieza
Tubería para Drenado
Placa Anti-Torbellino (Tanques de Succión)
Manómetro de Presión de Aire (Solamente en Tanques Presurizados)
Salvo que esté disponible una red de distribución de gas combustible hasta el predio en cuestión, será necesario contar con recipientes de almacenamiento para lograr satisfacer las necesidades energéticas de los equipos que utilizan gas en su funcionamiento.
La selección, dimensionamiento, ubicación y requerimientos de seguridad para la instalación de recipientes fijos de almacenamiento deberán estar conforme a los lineamientos establecidos en la NOM-004-SEDG-2004 para el caso de México, pudiendo tomar de referencia el código para Gas LP NFPA 58 u otras fuentes especializadas de carácter no obligatorio en territorio nacional.
En este articulo veremos de manera general cuales son los criterios de selección para estos tanques.
Primer criterio – Capacidad de vaporización
Parte del gas contenido dentro de los cilindros se encuentra en estado líquido, la parte restante estará en forma de vapor, el aprovechamiento del gas para la instalación únicamente podrá hacerse con la parte del combustible en forma de gas o vapor.
La capacidad de vaporización de un tanque podría definirse como la cantidad de gas (en fase vapor) que es capaz de entregar el tanque al sistema, esta capacidad estará en función de factores tales como las dimensiones del tanque, el porcentaje de llenado y las condiciones de temperatura exterior.
El cambio de fase liquido-vapor que ocurre dentro del tanque requiere del calor presente en los alrededores del tanque para llevarse a cabo, de manera que si las temperaturas son demasiado bajas o no hay suficiente superficie de transferencia, ya sea por un tanque muy pequeño o por que el porcentaje de llenado y por lo tanto de líquido en contacto con las paredes del tanque sea muy bajo, la relación de vapor generado por el tanque en m3/hr (btu/hr) podría llegar a ser menor a la cantidad de vapor requerido por los equipos consumidores en m3/hr (btu/hr).
El problema con esta situación es que al tratar de sacar más gas del que se produce, se forzara el cambio de fase dentro del tanque, causando un descenso de temperatura súbito capaz de generar congelamiento en las líneas o en las paredes del recipiente.
Segundo criterio – Frecuencia de rellenado
La periodicidad con que tendrá que resurtirse de gas el recipiente también es función de su volumen, pero para conocer realmente que tan seguido será el relleno es necesario determinar cuánto gas consumen los equipos de cocina, hornos, calentadores, etc. y con qué frecuencia se utilizan estos equipos a lo largo del periodo entre rellenos.
Pongamos por ejemplo que se tiene una estufa de consumo nominal 1 m3/hr que será utilizada de manera estable durante 2 horas diarias durante un periodo de 28 días.
Se obtiene entonces que el tanque deberá tener volumen de al menos 56 m3 para no tener que rellenarlo hasta pasados los 28 días.
OJO – Los tanque no se llenan al 100% de su capacidad nominal ni tampoco deberán quedar completamente vacíos antes del relleno, suponiendo una capacidad útil de 80% para el tanque, tendríamos que los 56 m3 deberán multiplicarse por 1.25 para la selección, esto es 70m3.
OJO – La capacidad en m3/hr corresponde a Gas LP en estado VAPOR, el gas vaporizado tiene una relación de expansión de aproximadamente 270 veces el volumen del líquido, por lo que este deberá ser convertido, generalmente se utilizan litros de líquido para la selección del recipiente. El factor para convertir m3 de vapor a litros de líquido es 3.897, por lo que la capacidad nominal mínima del tanque para este ejemplo será 273 litros.
