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Introducción a Los Sistemas de protección

contra Incendio

Noviembre de 2009

Demek de México S.A. de C.V.

SISTEMAS DE PROTECCION CONTRA INCENDIO

1 Normatividad

1.1 Códigos Locales:

NOM-002-STPS-2000 “Condiciones de seguridad, prevención, protección y combate contra incendios en los centros de trabajo”

La norma NOM-002-STPS-2000 rige en todo el territorio nacional y aplica a todos los centros de trabajo y establece entre otras, las siguientes recomendaciones:

• Contar con una red de mangueras para protección contra fuego, distribuidas en el total del área a proteger, alimentadas por medio de un sistema de tuberías fijas.

• Contar con un equipo de bombeo exclusivo para el sistema contra incendio con una capacidad de 946 lts/min (250 GPM) y que mantenga una presión mínima de 7 kg/cm2 (100 lbs/in2) en toda la red. Se recomienda contar con una bomba eléctrica, una bomba con motor de combustión interna y una bomba jockey.

• Contar con un almacenamiento de agua exclusivo para uso del sistema de protección contra incendio, bajo el criterio de dotación de 5 lts. por cada metro cuadrado de construcción, o al menos un volumen de 20 m3.

• Contar con una conexión siamesa accesible y visible para el servicio de bomberos. Algunos códigos locales solicitan una toma siamesa por cada fachada del edificio.

1.2 Estándares de la NFPA

En los Estados Unidos, la mayoría de los sistemas de protección contra incendio, están gobernados por la NFPA (National Fire Protection Association) y por compañías aseguradoras. La NFPA publica casi 300 códigos que son aplicables para el diseño y la construcción de los sistemas de protección contra incendio, los cuales son regularmente revisados y reeditados anualmente. Estos códigos incluyen las bases, los requerimientos obligatorios y las prácticas recomendadas mínimas para el diseño y la construcción de los sistemas de protección contra incendio.

Las compañías de seguros o códigos locales podrán exigir más requerimientos de lo estipulado por NFPA.

Los códigos mas comúnmente usados de la NFPA para el diseño y la instalación de los sistemas de protección contra incendio BASADOS EN AGUA, son:

NFPA 13 Sistemas de rociadores contra incendio

NFPA 14 Sistemas de mangueras contra incendio

NFPA 20 Bombas contra incendio centrífugas.

NFPA 22 Instalación de tanques de agua para sistemas privados de protección contra incendio.

NFPA 24 Redes principales privadas contra incendio.

La instalación y especificación de extintores portátiles es regulada por la NFPA 10

2 Sistema de mangueras contra incendio basados en NFPA14:

2.1 Clasificación:

•Sistemas Clase ISistemas que incluyen conexiones para manguera de 2 ½” Ø, para ser empleadas por el departamento de bomberos o por personal entrenado en el manejo de incendios de gran magnitud.

•Sistemas clase IISistemas que incluyen estaciones de manguera de 1 ½”Ø, para uso principalmente de los ocupantes del edificio o del departamento de bomberos como respuesta inicial.

•Sistemas Clase IIISistemas que incluyen estaciones de manguera de 1 ½”Ø, para ser empleados por ocupantes del edificio y que incluyen también conexiones de 2 ½”Ø para suministrar un volumen grande de agua para uso del departamento de bomberos y personal entrenado en el manejo de siniestros de gran magnitud.

2.2 Presión de diseño

Los sistemas de mangueras deben ser diseñados para proveer el gasto de diseño a una presión mínima de 100 psi en la conexión para manguera de 2 ½”Ø hidráulicamente más remota, y de 65 psi en la conexión para manguera de 1 ½”Ø hidráulicamente más remota.

2.3 Gasto de diseño

Para sistemas clase I y III, el mínimo flujo deberá ser de 500 gpm, calculando 250 gpm en cada una de las dos conexiones de 2 ½”Ø hidráulicamente más remotas.

Para sistemas clase II, el mínimo flujo debe ser de 100 gpm, calculados en la conexión de manguera de 1 ½”Ø hidráulicamente más remota.

2.4 Suministro de agua

Los sistemas de mangueras deberán contar con un tanque o cisterna para almacenar agua, de tamaño tal que permita una duración de bombeo de al menos 30 minutos; 15,000 galones (57m3) para los sistemas clase I y III y 3,000 galones (12 m3) para los sistemas clase II.

3Sistemas de protección contra incendio a base de agua y con rociadores automáticos

Definición de NFPA: “Sistema integrado por tuberías subterráneas y aéreas, diseñado de acuerdo con normas de ingeniería en protección contra incendios. La instalación incluye una o más fuentes de abastecimiento automático de agua. La parte aérea del sistema es una red de tuberías especialmente dimensionada o diseñada hidráulicamente, instalada en un edificio, estructura o área (generalmente superior), a la cual se anexan rociadores siguiendo un patrón de distribución sistemático. La válvula que controla cada sistema, se ubica en la tubería vertical de alimentación o “riser”. Cada alimentador o riser del sistema de rociadores incluye un dispositivo que acciona una alarma cuando el sistema se encuentra en operación. El sistema habitualmente resulta activado por acción del calor generado por un incendio y descarga agua sobre la superficie incendiada”.

3.1Existen cuatro tipos básicos de sistemas de rociadores:

Sistemas de tubería húmeda

Son los más simples y comunes, la tubería contiene agua siempre y está conectada al suministro de agua, de tal forma que el agua se descarga inmediatamente a través del rociador cuando este abre a una predeterminada temperatura.

Sistemas de tubería seca

En estos sistemas la tubería se encuentra llena con aire o nitrógeno presurizado, utilizando una válvula especial para ello. La activación de un rociador ocasiona que la presión del aire o nitrógeno caiga, lo cual abre la válvula y permite que el agua fluya hacia la tubería y hacia los rociadores activados.Los sistemas secos generalmente se utilizan donde la tubería este expuesta a temperaturas que puedan congelar el agua.Los sistemas secos están limitados a un volumen máximo de 750 galones, a menos que el agua llegue al dren de inspección en menos de 60 segundos.Debido a que en este tipo de sistemas la descarga de agua es de alguna forma lenta, el área remota de cálculo debe incrementarse un 30%. La configuración de parrilla o grid no está permitida en los sistemas secos.En los sistemas secos se debe utilizar solo tubería galvanizada

Sistemas de diluvio

Estos sistemas emplean rociadores abiertos o boquillas, fijos a un sistema de tubería vacía, conectada a un suministro de agua a través de una válvula especial, la cual se abre por medio de un sistema separado de detección. Cuando la válvula abre, el agua fluye dentro de la tubería y descarga de todos los rociadores o boquillas al mismo tiempo. Por lo tanto los sistemas de diluvio deben ser hidráulicamente calculados.

Estos sistemas generalmente se emplean en hangares.

Sistemas de Preacción.

Los sistemas de preacción son similares a los sistemas de diluvio, excepto que los rociadores están normalmente cerrados. La operación de un sistema separado de detección permite al agua fluir dentro de la tubería y descargar a través de cualquier rociador que se haya activado. Los sistemas de preacción tienen especial uso para áreas de gran valor e importancia tales como los cuartos de cómputo. Se requiere que los sistemas de preacción operen en alguna de la siguiente manera:

• Admita el agua una vez activados los accesorios de detección

• Admita el agua una vez activados los accesorios de detección o los rociadores.

• Admita el agua una vez activados ambos, los accesorios de detección y los rociadores.

3.2Configuración de los sistemas de rociadores

La configuración de un sistema de tuberías para rociadores, depende completamente del criterio del diseñador, basado en las especificaciones y en la geometría del edificio

Existen tres configuraciones básicas:

Sistema tipo árbol o “tree”

Es la configuración tradicional, todoslos rociadores son alimentados a travésde una sola ruta. Estos sistemas puedenser calculados manualmente.

Todos los sistemas dimensionados porcédula deben ser tipo árbol.

Sistema tipo Parrilla o “grid”

Es el sistema en el cual los cabezalesparalelos están conectados por medio deramales, en esta configuración losrociadores son alimentados por ambosextremos del ramal.Estos sistemas solo pueden ser calculadosutilizando un programa especializado.

Sistema tipo anillo o “Loop”

Es el sistema en el cual los cabezales se encuentran unidos entre sí en dos o más puntos formando un anillo. Comparado con el sistema de árbol; los rociadores son alimentados a través de mas de una ruta. El sistema tipo anillo puede utilizarse para sistemas húmedos y secos

4 Tamaño de los sistemas

El área máxima que puede ser protegida con un sistema de rociadores alimentada por un solo riser debe ser de:

• Riesgo ligero 52,000 ft24,831 m2• Riesgo ordinario 52,000 ft24,831 m2

• Riesgo extraordinarioa) por cédula 25,000 ft22,323 m2b) calculado 40,000 ft23,716 m2

• Almacenajes 40,000 ft23,716 m2

“El área ocupada por mezzanines no debe ser adicionada al área analizada.”

5 Rociadores

Un rociador automático es un dispositivo termosensible, diseñado para actuar a una temperatura predeterminada descargando automáticamente un flujo de agua y distribuyéndola en patrones y en cantidades específicas sobre áreas designadas.

Los rociadores varían de acuerdo al tipo, al rango de temperatura y al tamaño de orificio. Con la excepción de los rociadores abiertos o boquillas empleados en los sistemas de diluvio, todos los rociadores son activados por calor, aunque el mecanismo sensor de temperatura puede variar.

Características principales de los rociadores:

•Sensibilidad térmica•Clasificación de la temperatura•Tamaño de orificio, FACTOR K•Orientación de la instalación•Características de distribución de agua•Condiciones especiales de servicio

Clasificación de Código de Color de

temperatura color bulbo

ºF ºC ºF ºC

100 38 135 - 170 57 - 77 Ordinaria sin color/negro naranja o rojo

150 66 175 - 225 79 - 107 Intermedia blanco amarillo o verde

225 107.00 250 - 300 121 - 149 Alta azul azul

300 149 325 - 375 163 - 191 Extra alta rojo morado

375 191 400 - 475 204 - 246 Extra muy alta verde negro

475 246 500 - 575 260 - 302 Ultra alta naranja negro

625 329 650 343 Ultra alta naranja negro

NFPA 13 Tabla 6.2.5.1 Rangos de temperatura, clasificación y código de color

Temperatura máxima

del techo

Rango de

Temperatura

Factor K Rango de Rango de Porcentaje de Tamaño denominal Factor K Factor K descarga del rosca

[gpm/(psi)^½] [gpm/(psi)^½] [lpm/(kPa)^½] K-5.6 nominal

1.4 1.3 - 1.5 1.9 - 2.2 25 1/2" NPT1.9 1.8 - 2.0 2.6 - 2.9 33.3 1/2" NPT2.8 2.6 - 2.9 3.8 - 4.2 50 1/2" NPT4.2 4.0 - 4.4 5.9 - 6.4 75 1/2" NPT5.6 5.3 - 5.8 7.6 - 8.4 100 1/2" NPT8.0 7.4 - 8.2 10.7 - 11.8 140 1/2" o 3/4" NPT

11.2 11.0 - 11.5 15.9 - 16.6 200 1/2" o 3/4" NPT14.0 13.5 - 14.5 19.5 - 20.9 250 3/4" NPT16.8 16.0 - 17.6 23.1 - 25.4 300 3/4" NPT19.6 18.6 - 20.6 27.2 - 30.1 350 3/4" NPT22.4 21.3 - 23.5 31.1 - 34.3 400 1" NPT25.2 23.9 - 26.5 34.9 - 38.7 450 1" NPT28.0 26.6 - 29.4 38.7 - 43.0 500 1" NPT

NFPA 13 Tabla 6.2.3.1 Características de descarga del rociador

Area de cobertura

El área de cobertura de un rociador A, se determina multiplicando S que equivale a la distancia que hay entre dos rociadores contiguos a lo largo de un ramal, por el valor de L que equivale a la distancia que existe entre dos ramales contiguos.

A = S x L

El área de cobertura máxima permisible de un rociador tipo standard, así como las distancias S y L, se establecen en las tablas 8.6.2.2.1 (a, b y c) de NFPA 13.

6 Diseño de los sistemas de rociadores para áreas con clasificación de riesgo por ocupación (Occupancy classification)

Un concepto frecuentemente malinterpretado acerca de la protección contra incendio es el término riesgo de fuego (fire hazzard).

El diseño de un sistema de rociadores, se basa más en la dificultad para suprimir o controlar un fuego que en la probabilidad de que un fuego se inicie.

Ejemplo:En un taller de impresión donde se manejan tintas volátiles y

solventes para limpieza en combinación con motores y maquinaria hay mayor probabilidad de que un incendio ocurra que en un almacén de rollos de papel. Sin embargo, si un fuego ocurre, el almacén de rollos de papel requerirá mucha más agua para el control y supresión del fuego

“La gravedad del fuego y la dificultad de controlarlo debido a su rango de liberación de calor, es más importante en el diseño de un sistema que la potencial frecuencia con que pueda ocurrir”.

6.1 Clasificación de riesgos

Riesgo ligero

Ocupaciones o parte de ocupaciones donde la cantidad y/o la combustibilidad de los contenidos es baja y los incendios esperados tienen relativamente bajas tasas de liberación de calor.

Ejemplos: (complementar con tabla A.5.2 NFPA 13 Edición 2007)

• Iglesias• Centros educativos• Hospitales• Restaurantes; zona de comedor

Riesgo ordinario grupo 1

Ocupaciones o parte de ocupaciones donde la combustibilidad es baja, la cantidad de combustibles es moderada, los apilamientos de combustibles no exceden 8 ft (2.4 mts) y los incendios esperados tienen tasas de liberación de calor moderadas.

Ejemplos: (complementar con tabla A.5.3.1 NFPA 13 Edición 2007)

• Estacionamientos y salas de exhibición de automóviles• Panaderías• Fábricas de bebidas• Enlatadoras• Fabricación y procesamiento de productos lácteos• Plantas electrónicas

Riesgo ordinario grupo 2

Ocupaciones o parte de ocupaciones donde la cantidad y combustibilidad de los contenidos es de moderada a alta, los apilamientos de combustibles no exceden 12 ft (3.7 mts) y los incendios esperados tienen tasas de liberación de calor de moderadas a altas.


• Molinos de cereal• Plantas químicas ordinarias• Productos de confección• Destilerías• Tintorerías• Bibliotecas

Riesgo extraordinario

Ocupaciones o parte de ocupaciones donde la cantidad y combustibilidad de los contenidos es muy alta, con presencia de líquidos, polvo, peluza u otros materiales flamables y combustibles que aumenten la probabilidad de un desarrollo rápido del fuego con altas tasas de liberación de calor.

Riesgo extraordinario grupo 1

Ocupaciones o parte de ocupaciones descritas arriba con presencia escasa o nula de líquidos flamables o combustibles.


• Hangares (excepto los indicados en la norma NFPA 409)• Areas de utilización de fluido hidráulico combustible• Fundiciones• Aserraderos• Fabricación de terciados y aglomerados de madera• Tapizados con espumas plásticas

Riesgo extraordinario grupo 2

Ocupaciones o parte de ocupaciones descritas arriba con presencia moderada y alta de líquidos flamables o combustibles


• Saturación de asfaltos• Pulverización de líquidos inflamables• Templado con aceite en cuba abierta• Procesamiento de plásticos

1500

2000

2500

3000

4000

5000

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

2.0 4.1 6.1 8.1 10.2 12.2 14.3 16.3

139

186

232

279

372

465

Density (mm/min)

Density (gpm/ft2)

Are

a o

f sp

rinkl

er o

per

atio

n (f

t2)

Are

a o

f sp

rinkl

er o

per

atio

n (m

2)

Figure 11.2.3.1.1 Density / Area Curves

Light

Ordina ry 1

Ordinary 2

Extra hazard Group 1

Extra hazard Group 2

La densidad nos indica la cantidad de agua que los rociadores deben ser capaces de suministrar en cada pie cuadrado en una zona definida como área remota, entendiéndose el concepto de remota como la zona hidráulicamente más lejana de la fuente de suministro.Cuando el diseño se basa en el método de densidad-área, el área remota debe ser un área rectangular que tenga una dimensión paralela a los ramales de al menos 1.2 veces (1.4 para FM) la raíz cuadrada del área de operación de los rociadores.

6.2 Diseño hidráulico

NFPA permite dimensionar las tuberías para un sistema contra incendio por medio de cédula de tuberías o cálculos hidráulicos.

Diseño por cédula de tuberías

Un diseño por medio de cédula se basa en tablas tipo recetario de la NFPA 13 previamente calculadas, que se usan para determinar los diámetros de las tuberías.

El uso de este método se limita a los sistemas tipo árbol o anillo y solo se permite en riesgos ligeros y ordinarios, aunque estos últimos bajo muchas restricciones.

El diseño por cédula no se permite en sistemas con rociadores cuyo factor K sea mayor de 5.6 ni en riesgos extraordinarios.

Tabla 22.5.2.2.1 Cédula de tubería para riesgo ligero

1 in 2 rociadores 1 in 2 rociadores1 1/4 in 3 rociadores 1 1/4 in 3 rociadores1 1/2 in 5 rociadores 1 1/2 in 5 rociadores

2 in 10 rociadores 2 in 12 rociadores2 1/2 in 30 rociadores 2 1/2 in 40 rociadores


4 in Ver sección 8.2 4 in Ver sección 8.2

Acero Cobre

Tabla 22.5.3.4 Cédula de tubería para riesgo ordinario

1 in 2 rociadores 1 in 2 rociadores1 1/4 in 3 rociadores 1 1/4 in 3 rociadores1 1/2 in 5 rociadores 1 1/2 in 5 rociadores



4 in 100 rociadores 4 in 115 rociadores5 in 160 rociadores 5 in 180 rociadores6 in 275 rociadores 6 in 300 rociadores8 in Ver sección 8.2 8 in Ver sección 8.2

Acero Cobre

Diseño por cálculo hidráulico

Los sistemas diseñados hidráulicamente empiezan básicamente, con la selección de la densidad y área remota, al multiplicar la densidad por el área, se obtiene el flujo aproximado que requiere el sistema, sin embargo el flujo total real será mayor debido a las adiciones de mangueras y al “balanceo hidráulico”

Los cálculos deben iniciar a partir del rociador hidráulicamente más remoto y hacia la fuente de suministro (bomba principal).

7 Diseño de los sistemas de rociadores para áreas destinadas específicamente para almacenaje de mercancías

(commodities)

7.1 Normatividad

En México no existe un código o normatividad específicamente para sistemas de protección contra fuego en almacenes.

La NFPA 13 edición 2007 dedica el capítulo 12 al tema de la protección contra incendios en almacenes.

El criterio de diseño de los sistemas contra incendio para almacenes, se basa principalmente en la clasificación de riesgo por mercancías (commodities) y por contenido de plásticos, tomando en cuenta otros factores como las condiciones y la altura de almacenaje y la altura del edificio.

Existe un apartado especial para el almacenamiento de papel en rollo y llantas de hule en NFPA 13.

7.2 Clasificación por tipo de mercancía (commodities)

Clase I

Se define como un producto no combustible que cumple con uno de los siguientes criterios:Colocado directamente sobre tarimas de maderaColocado en cajas de cartón de una sola capa, con o sin divisores de cartón corrugado de una capa, con o sin tarimas.Envuelto en papel con o sin tarimas.

Clase II

Definido como un producto no combustible, colocado en huacales de madera en tiras, cajas de madera sólida, cajas de cartón corrugado de varias capas, o empaquetado en material combustible equivalente. Con o sin tarimas.

Clase III

Definido como productos decorativos hechos de madera, papel, fibras naturales o plásticos grupo C, con o sin cajas de cartón, huacales o tarimas. Un producto clase III puede contener una cantidad limitada (5% de su peso o volumen) de plásticos grupo A o B.

Clase IV

Definido como un producto con o sin tarimas que cumple con una de las siguientes condiciones:

• Construido parcial o totalmente de plástico grupo B.• Consiste de materiales plásticos grupo A de flujo libre.• Contiene en sí mismo o en su embalaje una cantidad considerable (5% a 15% del peso o 5% a 25% del volumen) de plástico grupo A.

7.3 Clasificación de plásticos

Los plásticos se clasifican en tres grupos; A, B y C, los cuales son especificados en las tablas 5.6.4.1, 2 y 3 de NFPA 13.

Ver tabla A-5.6.3 para una lista más completa de clasificación por commodities

7.4 Diseño de rociadores para almacenes

Los sistemas de rociadores mayormente empleados en áreas de almacenaje son:

•Rociadores ESFR (Early suppresion and fast response) Respuesta rápida y supresión temprana•Rociadores Large Drop (Gota gorda)•Rociadores en estantes (in-rack)•Rociadores de cobertura extendida (EC)

7.5 Rociadores ESFR

Teoría de supresiónNFPA 13 define el control de fuego como “Limitar el tamaño

del fuego mediante la distribución de agua para disminuir los rangos de liberación de calor y la pre-mojada de combustibles adyacentes, controlando la temperatura de los gases en el techo para evitar daños estructurales”.

NFPA 13 define la SUPRESION del fuego como “Reducir de tajo, los rangos de liberación de calor de un incendio y prevenir su reinicio por medio de una aplicación directa y suficiente de agua a través de la pluma de fuego hasta la superficie del combustible encendido”.

Los rociadores que han sido empleados desde los años 1800´s, han hecho un excelente trabajo controlando incendios. Muchas veces, el control se ha logrado por la supresión del fuego, sin embargo, los estándares de diseño no fueron escritos con el supuesto de que la supresión siempre sería lograda.

“El ESFR es el primer rociador diseñado específicamente para lograr la supresión del fuego”.

La clave del éxito de los rociadores ESFR es la rápida aplicación de grandes cantidades de agua. Cualquier cosa que pueda retardar la operación del ESFR o interrumpir el patrón de descarga de agua debe ser evitada. Esto genera ciertas limitaciones en el uso de los rociadores ESFR. Algunas causas aceptables que provocan retraso en otro tipo de rociadores, simplemente NO son aceptables para los ESFR.

Limitaciones

• Los ESFR solo pueden ser utilizados en sistemas húmedos.• Cuando un sistema ESFR se instala adyacente a un sistema estándar, se debe instalar una cortina de calor o “draft curtain”, fabricada de material incombustible de al menos 2 pies de altura para separar ambos sistemas.• No se permite la instalación de ESFR en edificios con techos cuya pendiente exceda de 16.67%• La altura máxima del área en que pueden ser instalados es de 45 pies (13.72 mts).• La instalación se vuelve muy complicada donde existen obstrucciones.

Ventajas

• El ESFR es un rociador que no solo controla un incendio, sino que lo suprime.• Eliminan la necesidad de instalar rociadores en racks.• Requieren menos agua almacenada que los sistemas de gota gorda o estándar. El requerimiento de almacenaje es de 60 MINUTOS.

Requerimientos Básicos de instalación

• El área máxima de un sistema de rociadores ESFR alimentada por un riser no debe exceder 40,000 ft2.• La máxima área de cobertura permisible debe cumplir con los valores indicados en la tabla 8.12.2.2.1

Tipo de construcción pies² mts² pies mts pies² mts² pies mts

No combustible 100 9.3 12 3.7 100 9.3 10 3.1sin obstrucciones

No combustible 100 9.3 12 3.7 100 9.3 10 3.1con obstrucciones

Combustible 100 9.3 12 3.7 100 9.3 10 3.1sin obstrucciones

Combustiblecon obstrucciones

Espaciamiento

NFPA 13 Tabla 8.12.2.2.1 Areas de protección y máximo espaciamiento de rociadores ESFR

Alturas de techo hasta 30 pies (9.1 mts) Alturas de techo arriba de 30 pies (9.1 mts)

N/A N/A N/A N/A

Area de protección Espaciamiento Area de protección

• Está permitido desviarse del máximo espaciamiento de rociadores para eliminar obstrucciones creadas por armaduras

o joists, moviendo un rociador a lo largo de un ramal un máximo de 1 pie, de tal forma que su área de cobertura no exceda 110 pies² y donde alguna de las siguientes condiciones se cumplan:

a) el promedio del área protegida por el rociador reubicado y los adyacentes no exceda 100 pies²

b) Las líneas de ramales adyacentes deben mantener el mismo patrón

c) En ningún caso la distancia entre los rociadores exceda 12 pies.

• La máxima distancia de los muros no debe exceder la mitad de la distancia permitida entre rociadores indicada en la tabla

8.12.2.2.1

• La mínima distancia permitida de un rociador al muro es de 4”

• La mínima distancia permitida entre rociadores es de 8 pies.

Posición Factor K Distancia Distanciade ESFR Máxima Mínima

Up-right 14 12 in 3 in

Pendent 14 14 in 6 in

Pendent 16.8 14 in 6 in



Distancias del deflector de rociadores ESFR al techo

• Distancia del deflector al techo:

• Los rociadores deben ser colocados en cumplimiento con la tabla 8.12.5.1.1 para obstrucciones solidas en el techo tales como vigas.

Máxima distancia permitida

Distancia lateral del del deflector sobre la parte

rociador a la obstrucción baja de la obstrucción

Menos de 1 ft 01 ft a menos de 1ft - 6 in 1 1/2"1 ft -6in a menos de 2 ft 3"2 ft a menos de 2ft - 6in 5 1/2"2ft - 6in a menos de 3 ft 8"3 ft a menos de 3 ft - 6in 10"3 ft - 6in a menos de 4 ft 12"4 ft a menos de 4 ft - 6in 15"4 ft - 6in a menos de 5 ft 18"5 ft a menos de 5 ft - 6in 22"5 ft - 6in a menos de 7 ft 26"6 ft 31"

NFPA 13 Tabla 8.12.5.1.1 Posición de los rociadores ESFR

para evitar obstrucciones a la descarga del rociador

• Los requerimientos de la tabla 8.12.5.1.1 no aplicarán donde los rociadores están espaciados en lados opuestos de

obstrucciones menores de 24 in. De ancho, cuando la distancia de la línea de centro de la obstrucción no exceda la mitad de la distancia permitida entre rociadores.

• Los rociadores deben instalarse con respecto a las obstrucciones continuas de la siguiente manera:

a) Instalarlos debajo de obstrucciones continuas que estén completamente debajo de los rociadores, restringiendo el patrón de descarga de los mismos, en dos o mas rociadores adyacentes, tales como ductos, lámparas, tuberías y transportadores, o acomodarlos para cumplir con la tabla

8.12.5.1.1

b) Rociadores adicionales no serán requeridos donde la obstrucción es de 2 in. de ancho o menor y está ubicada al menos 2 pies debajo del deflector del rociador, o está ubicada a un pie mínimo horizontalmente del rociador.

c) Rociadores adicionales no se requieren donde la obstrucción es de 1 pie de ancho o menor y está ubicada a un pie mínimo horizontalmente del rociador.

d) Rociadores adicionales no se requieren donde la obstrucción es de 2 pies de ancho o menor y está ubicada a dos pies mínimo horizontalmente del rociador.

• Los rociadores ESFR deben ser instalados a un pie mínimo, horizontalmente del perfil más cercano de cualquier cuerda inferior de armaduras o joists.

• La distancia entre el deflector y la parte alta del almacenaje debe ser de 36 pulgadas o mayor

7.6Diseño hidráulico

El diseño hidráulico de los rociadores ESFR se basa en la operación simultánea de 12 rociadores, distribuidos 4 en 3 ramales contiguos, a una presión mínima de operación que depende del factor K del rociador y de la altura del edificio.

El diseño de tuberías y equipo debe considerar un gasto extra de 250 gpm para mangueras.

Los sistemas ESFR requieren un tiempo de suministro de agua de 60 minutos.

Altura máxima Posición del factor K Rociadoresdel edificio rociador en operación NFPA FM

30 pies pendent 14.2 12 50 psi 50 psi40 pies pendent 14.2 12 75 psi 75 psi45 pies pendent 22 12 40 psi 50 psi45 pies pendent 25 12 40 psi 50 psi

Presión mínima

Criterios de diseño más comunes para rociadores ESFR

8 Redes exteriores privadas

Las redes exteriores subterráneas de tuberías contra incendio tienen como objeto principal, proveer de agua con suficiente flujo y presión, a las redes interiores contra incendio, sean de mangueras o de rociadores automáticos, a partir de una fuente de abastecimiento de agua que puede ser.

• Red de la localidad o del parque industrial• Tanque elevado• Tanque presurizado• Bomba contra incendio.

Los estándares y recomendaciones de este tema se encuentran en la norma NFPA 24

8.1Tubería subterránea

NFPA aprueba para las redes exteriores privadas, el uso de la siguiente tubería (Ver tabla 10.1.1 de NFPA 24):

• Hierrro Dúctil

• Acero

• Plástico: PVC y Polietileno de alta densidad

• Cobre

No se permite la instalación de tubería menor de 6”Ø en redes subterráneas privadas que suministren agua a hidrantes.

8.2Profundidad de instalación:

La profundidad de la tubería subterránea será determinada por la máxima profundidad de penetración de congelamiento de la localidad. La parte alta de la tubería deberá ser enterrada no menos de un pie (0.30 mts.) debajo de la línea de congelación de la localidad.

En localidades donde el congelamiento no es un factor crítico, la profundidad deberá ser al menos de 2.5 pies (0.80 mts.) para prevenir daño mecánico.

Tubería debajo de carreteras deberá tener una profundidad de al menos 3 pies (0.90 mts.).

Tubería debajo de vías férreas deberá tener una profundidad de al menos 4 pies (1.20 mts.).

La profundidad se considera desde el lomo del tubo hasta el nivel de terreno o piso terminado.

8.3Válvulas de seccionamiento.

Las redes contra incendio subterráneas privadas deberá contar con válvulas de seccionamiento en puntos adecuados de forma tal que permitan aislar los sistemas en caso de alguna falla, una reparación o una ampliación de la red.

Las válvulas instaladas deberán cumplir con la especificación de que no deben poder cerrarse en menos de 5 segundos a la máxima velocidad posible desde su posición completamente abierta.

Es una práctica común instalar válvulas cada cinco o seis unidades. Se entiende por unidades: hidrantes, tomas siamesas, derivaciones a redes secundarias y acometidas a risers.

La práctica anterior se deriva de las recomendaciones de las compañías de seguros.

Se recomienda no instalar válvulas con poste tipo piso a menos de 40 pies ( 12 mts.) de los muros del edificio.

8.4Hidrantes

Los hidrantes deberán ser aprobados y de 6”Ø al menos de conexión a la red principal.

“Cada conexión de hidrante deberá contar con una válvula de seccionamiento”.

Los hidrantes deberán ser espaciados de acuerdo a los requerimientos de la autoridad con jurisdicción (Authority having jurisdiction). Que pueden ser el departamento de bomberos de la localidad, la compañía de seguros o el mismo propietario.

Generalmente las compañías de seguros establecen que los hidrantes se coloquen a no más de 300 pies (90 mts.) uno de otro.

Los gabinetes para hidrante con accesorios tales mangueras, chiflones, llaves, etc., son “recomendaciones de NFPA y FM”

9 Bombas contra incendio

El tipo de bomba más comúnmente usado para los sistemas de protección contra incendio a base de rociadores automáticos es la bomba centrífuga horizontal tipo carcaza partida (split case), comúnmente accionada por un motor eléctrico o de diesel.

La instalación de las bombas contra incendio debe cumplir al menos con lo especificado en la tabla 5.25

Table 5.25 (a) Summary of Centrifugal Fire Pump Data (U.S. Customary)

Relief Valve Meter Number and HosePump Rating Suction Discharge Relief Valve Discharge device Size of Hose Header

(gpm) (in.) (in.) (in.) (in.) (in.) Valves (in.) Supply (in.)

25 1 1 3/4 1 1 1/4 1 - 1 1/2 150 1 1/2 1 1/4 1 1/4 1 1/2 2 1 - 1 1/2 1 1/2100 2 2 1 1/2 2 2 1/2 1 - 2 1/2 2 1/2150 2 1/2 2 1/2 2 2 1/2 3 1 - 2 1/2 2 1/2200 3 3 2 2 1/2 3 1 - 2 1/2 2 1/2250 3 1/2 3 2 2 1/2 3 1/2 1 - 2 1/2 3300 4 4 2 1/2 3 1/2 3 1/2 1 - 2 1/2 3400 4 4 3 5 4 2 - 2 1/2 4450 5 5 3 5 4 2 - 2 1/2 4500 5 5 3 5 5 2 - 2 1/2 4750 6 6 4 6 5 3 - 2 1/2 6

1,000 8 6 4 8 6 4 - 2 1/2 61,250 8 8 6 8 6 6 - 2 1/2 81,500 8 8 6 8 8 6 - 2 1/2 82,000 10 10 6 10 8 6 - 2 1/2 82,500 10 10 6 10 8 8 - 2 1/2 103,000 12 12 8 12 8 12 - 2 1/2 103,500 12 12 8 12 10 12 - 2 1/2 124,000 14 12 8 14 10 16 - 2 1/2 124,500 16 14 8 14 10 16 - 2 1/2 125,000 16 14 8 14 10 20 - 2 1/2 12

Minimum Pipe Sizes (nominal)

9.1Selección del tamaño de la bomba, flujo y presión:

La forma más adecuada para seleccionar una bomba contra incendio es una vez que se tienen los resultados del cálculo hidráulico que muestren los requerimientos de flujo y presión del sistema.

La curva característica de una bomba contra incendio, debe cumplir con tres condiciones:

Pe

rcen

t of r

ate

d to

tal h

ead

Percent of rated capacity

10050 150 20000

50

65

100

140150

Pump Characteristics Curves

Shutoff Head capacity curve withsteepest shape permissible

“Flat” head capacity curve

Rated total head

RatedCapacity

• Punto de diseño: 100% de gasto al 100% de presión demandado por los cálculos hidráulicos

• 150% del gasto de diseño al 65% de la presión de diseño.

• 140% de la presión de diseño a 0 (cero) gasto

10 Tanque o cisterna para almacenamiento de agua.

NFPA 22 regula el diseño, fabricación, montaje y mantenimiento de los tanques dedicados para sistemas privados de protección contra incendio.

La capacidad se determina de acuerdo al riesgo más alto y/o a la condición de diseño más critica.

Para Sistemas de rociadores estándar, basarse en tabla 11.2.3.1.2

Ocupación Mangueras Total mangeras Duracióninteriores combinado minutos

GPM interior/exteriorGPM

Riesgo Ligero 0, 50 o 100 100 30

Riesgo Ordinario 0, 50 o 100 250 60 - 90

Riesgo Extraordinario 0, 50 o 100 500 90 - 120

y duración de suministro de agua para sistemasNFPA 13 Tabla 11.2.3.1.2 Requerimiento de agua para mangueras

hidraúlicamente calculados

Para sistemas ESFR el requerimiento de tiempo es 60 minutos

“FREE BOARD”

Recientemente, Factory Mutual introdujo el concepto de Free Board en la especificación y diseño de los tanques. Este concepto se refiere al espacio o “gap” que se debe dejar libre entre el máximo nivel de llenado del agua dentro del tanque y el techo del tanque. Este factor afecta considerablemente el tamaño del tanque, sobre todo en zonas consideradas como sísmicas (entre 50 y 500 inclusive), ya que puede ir desde 2 pies hasta 6 pies, dependiendo de la zona sísmica, la altura y diámetro del tanque.

El Free Board estándar para tanques a ser instalados en zonas consideradas como no sísmicas es de un pie.

11 Soportería antisísmica

La sección 9.3 de NFPA 13, así como la sección 2-8 de Factory Mutual, establecen los requerimientos para la instalación de tuberías aéreas en edificios ubicados en zonas consideradas de alto riesgo sísmico.

Factory Mutual ha clasificado las diferentes zonas geográficas de acuerdo a su grado de sismicidad en:

50 años100 años250 años500 años> 500 años

Siendo la zona de 50 años la más severa y la > 500 años la menos severa.

Todos los sistemas de tuberías contra incendio que se instalen en edificios ubicados en zonas con clasificación de 50 a 500 años, deberán contar con soportería antisísmica de acuerdo a lo establecido en NFPA 13 sección 9.3 y FM sección 2-8.

“Tuberías de 2”Ø y menor no requieren de soportes antisísmicos.”

11.1 Tipos de soporte:

2 vías

Los soportes de 2 vías pueden ser laterales o longitudinales, dependiendo de su orientación con el eje de la tubería horizontal.

Los soportes laterales y longitudinales resisten movimientos diferenciales perpendiculares y paralelos, respectivamente al eje del tubo. Se instalan generalmente en alimentadores (feedmains), cabezales (crossmains) y ramales (Branch lines).

4 vías

Los soportes de 4 vías resisten movimientos en todas las direcciones horizontales, y típicamente se instalan en los risers..

11.2 Ubicación de soportes antisísmicos

Risers

Deben contar con un soporte de 4 vías en la parte alta, a no más de 24 pulgadas de la tubería horizontal.

Alimentadores y cabezales

El primer soporte lateral debe ser colocado a no más de 6 pies (1.8 mts) del extremo. Espaciar los siguientes a no más de 40 pies (12.2. mts).

El primer soporte longitudinal debe ser colocado a no más de 40 pies (12.2 mts.) del extremo. Espaciar los siguientes a no más de 80 pies (24.4 mts.)

Soportes laterales para ramales

Ramales de menos de 20 pies (6.1 mts) de longitud no requieren de soportes laterales.

El primer soporte lateral debe colocarse no mas cerca de 20 pies (6.1 mts) ni mas lejos de 40 pies (12.2 mts) de la conexión al cabezal.

Espaciar los soportes a 40 pies (12.2 mts.) máximo

Soportes longitudinales para ramales

Ramales de menos de 25 pies (7.6 mts) de longitud no requieren de soportes longitudinales.

El primer soporte longitudinal debe colocarse entre 25 pies (7.6 mts) y 50 pies (15.2 mts) de la conexión al cabezal.

Espaciar los soportes a 80 pies (24.4 mts.) máximo

Los extremos muertos de ramales (dead-end branch lines) de menos de 25 pies (7.6 mts) de largo, no requieren soportes longitudinales.

12Cálculos hidráulicos

La fórmula para determinar el flujo en un rociador es:

donde:

Flujo en GPM

Factor K del rociador

Presión de descarga del rociador en PSI

PKQ

Q

K

P

12Cálculos hidráulicos

La caída de presión por fricción en tuberías se calcula con la fórmula de Hazzen-Williams:

donde:

Caída de presión por fricción en psi por cada pie de tubería

Flujo de agua en GPMCoeficiente de rugosidad de la tubería

Diámetro interior de la tubería en pulgadas

Ver tablas:

22.4.3.1.1 Longitud equivalente de conexiones y válvulas 22.4.4.7 Valores de coeficiente C de Hazzen-Williams

87.485.1

85.152.4

dC

QP

P =

Q =

C =

d =

13 Selección rápida de bomba y tanque

Ejemplo:

Se tiene un edificio de manufactura con diferentes zonas de riesgo y densidades de diseño:

Ocupación densidad área remota

• Oficinas 0.10 gpm/ft2 1,500 ft2

• Manufactura 1 0.20 gpm/ft2 2,500 ft2

• Manufactura 2 0.30 gpm/ft2 3,000 ft2

• Almacén 12 rociadores ESFR K -14 a 50 psi

De esta tabla se establece que hay dos condiciones que pueden ser consideradas como críticas: Manufactura 2 y almacén.

Manufactura 2

Manufactura 2 está clasificada de acuerdo a la figura 11.2.3.1.5 de NFPA 13 como riesgo extraordinario grupo 1.

0.30 gpm/ft2 sobre un área de 3,000 ft2 equivalen a 900 gpm de flujo requerido por rociadores más un estimado del 10% de balance hidráulico significan 990 gpm

Además del agua requerida por los rociadores, es necesario tener agua disponible para las mangueras. De acuerdo a la tabla 11.2.3.1.1 de NFPA 13, un riesgo extraordinario necesita de 500 gpm disponibles para mangueras.

El sistema requiere 1,490 gpm en su totalidad y se tendría que seleccionar una bomba de 1,500 gpm por ser el tamaño comercial más próximo.

Almacén:

12 rociadores ESFR K-14.2 fluyendo a 50 psi, equivalen a 1,205 gpm (utilizando la fórmula del flujo a través de un rociador), mas un 10% de balance hidráulico significan 1,325 gpm requeridos por rociadores.

Además del agua requerida por los rociadores, es necesario tener agua disponible para las mangueras. De acuerdo a NFPA 13, un sistema de rociadores ESFR necesita de 250 gpm disponibles para mangueras.

El sistema requiere de 1,575 gpm en su totalidad y se tendría que seleccionar una bomba de 1,500 gpm por ser el tamaño comercial más próximo.

Seleccionando el tamaño del tanque.

De acuerdo a la clasificación de manufactura 2 se necesita un tanque que almacene agua durante 90 a 120 minutos, cuya capacidad de acuerdo al equipo de bombeo de 1,500 gpm, debe ser de 135,000 a 180,000 galones.

Si se toma en cuenta el criterio del almacén, los ESFR demandan un tiempo de almacenaje de 60 minutos, lo que significa un tanque de 90,000 galones al menos, al contar con una bomba de 1,500 gpm.

Para este ejemplo se seleccionaría una bomba de 1,500 gpm y un tanque de tamaño comercial de 150,000 galones.

Demek de México S.A. de C.V.

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