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
Código igos Locales:
S-2000 NOM-002-STPS-2
³Condicio icion nes de se seg gurida dad d, prevención ción,, 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:
SISTEMAS DE PROTECCION CONTRA INCENDIO
1
Normatividad
1.1
Código igos Locales:
S-2000 NOM-002-STPS-2
³Condicio icion nes de se seg gurida dad d, prevención ción,, 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, 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. jockey.
Contar con un almacenamiento de agua exclusivo excl usivo para uso del sistema de protección contra incendio, bajo el criterio c riterio 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 accesi ble y visible para el servicio de bomberos. Algunos códigos locales solicitan solic itan 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 I Sistemas 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 II Sistemas 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 III Sistemas 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.
3 Sistemas de protección contra incendio a base de agua y con rociadores automáticos
Definición de NFPA: ³Sistema 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 ³riser´. 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 ³tree´ Es
la configuración tradicional, todos los rociadores son alimentados a través de una sola ruta. Estos sistemas pueden ser calculados manualmente. Todos los sistemas dimensionados por cédula deben ser tipo árbol.
Sistema tipo Parrilla o ³grid´ Es
el sistema en el cual los cabezales paralelos están conectados por medio de ramales, en esta configuración los rociadores son alimentados por ambos extremos del ramal. Estos sistemas solo pueden ser calculados utilizando un programa especializado. Sistema tipo anillo o ³Loop´ 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 El
Tamaño de los sistemas
área máxima que puede ser protegida con un sistema de rociadores alimentada por un solo riser debe ser de: Riesgo ligero Riesgo ordinario Riesgo extraordinario a) por cédula b) calculado Almacenajes
52,000 ft2 4,831 m2 52,000 ft2 4,831 m2
25,000 ft2 2,323 m2 40,000 ft2 3,716 m2 40,000 ft2 3,716 m2
³El 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, F ACTOR K Orientación de la instalación Características de distribución de agua Condiciones especiales de servicio
NFPA
13
Tabla 6.2.5.1 Rangos de temperatura, clasif icación y código de color
Temperatura máxima
Rango de
del techo
Clasificación de
Temperatura
temperatura
ºF
ºC
ºF
100
38
135 - 170
57 - 77
Ordinaria
150
66
175 - 225
79 - 107
Intermedia
225
107.00
250 - 300
121 - 149
300
149
325 - 375
163 - 191
375
191
400 - 475
204 - 246
475
246
500 - 575
260 - 302
625
329
Factor
1.4 1.9 2.8 4.2 5.6 8.0 11.2 14.0 16.8 19.6 22.4 25.2 28.0
Alta
color
bulbo
blanco
amarillo o verde
rojo
morado
verde
negro
Ultra alta
naranja
negro
Ultra alta
naranja
negro
Extra
alta
muy alta
Características de descarga del rociador
1.9 - 2.2 2.6 - 2.9 3.8 - 4.2 5.9 - 6.4 7.6 - 8.4 10.7 - 11.8 15.9 - 16.6 19.5 - 20.9 23.1 - 25.4 27.2 - 30.1 31.1 - 34.3 34.9 - 38.7 38.7 - 43.0
naranja o rojo azul
Rango de Rango de Porcentaje de Factor K Factor K descarga del [gpm/(psi)^½] [lpm/(kPa)^½] K-5.6 nominal 1.3 - 1.5 1.8 - 2.0 2.6 - 2.9 4.0 - 4.4 5.3 - 5.8 7.4 - 8.2 11.0 - 11.5 13.5 - 14.5 16.0 - 17.6 18.6 - 20.6 21.3 - 23.5 23.9 - 26.5 26.6 - 29.4
sin color/negro azul
Extra
343
13 Tabla 6.2.3.1
K nominal [gpm/(psi)^½]
Color de
ºC
650 NFPA
Código de
25 33.3 50 75 100 140 200 250 300 350 400 450 500
Tamaño de rosca
1/2" NPT 1/2" NPT 1/2" NPT 1/2" NPT 1/2" NPT 1/2" o 3/4" NPT 1/2" o 3/4" NPT 3/4" NPT 3/4" NPT 3/4" NPT 1" NPT 1" NPT 1" NPT
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.
Diseño de los sistemas de rociadores para áreas con clasificación de riesgo por ocupación (Occupancy classification) 6
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. E jemplo: 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´. ³
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. E jemplos:
(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. E jemplos:
(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. E jemplos:
(complementar con tabla A.5.3.2
2007)
Molinos de cereal Plantas químicas ordinarias Productos de confección Destilerías Tintorerías Bibliotecas
NFPA 13 Edición
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. E jemplos:
(complementar con tabla A.5.4.1
NFPA 13 Edición
2007) 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 E jemplos:
(complementar con tabla A.5.4.2
2007)
Saturación de asfaltos Pulverización de líquidos inflamables Templado con aceite en cuba abierta Procesamiento de plásticos
NFPA 13 Edición
Density (mm/min)
) 2 t f ( n o i t a r e p o r e l k n i r p s f o a e r A
2.0 5000
4.1
6.1
8.1
4000 O
O
3000 2500
L i g h t
r d i n a r y 2
r d i n a r y 1
10.2
12.2
14.3
E E x x t r t r a a h a h a z z a a r r d d G G r r o u o u p p 1 2
37 2
27 9 23 2
2000 1500 0.05
16.3 46 5
18 6 0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
13 9 0.40
) 2 m ( n o i t a r e p o r e l k n i r p s f o a e r A
Density (gpm/ft2) Figure
11.2.3.1.1 Density / Area Curves
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
Acero 1 in 1 1/4 in 1 1/2 in 2 in 2 1/2 in 3 in 3 1/2 in 4 in
2 rociadores 3 rociadores 5 rociadores 10 rociadores 30 rociadores 60 rociadores 100 rociadores Ver sección 8.2
Cobre 1 in 1 1/4 in 1 1/2 in 2 in 2 1/2 in 3 in 3 1/2 in 4 in
2 rociadores 3 rociadores 5 rociadores 12 rociadores 40 rociadores 65 rociadores 115 rociadores Ver sección 8.2
Tabla 22.5.3.4 Cédula de tubería para riesgo ordinario
Acero 1 in 1 1/4 in 1 1/2 in 2 in 2 1/2 in 3 in 3 1/2 in 4 in 5 in 6 in 8 in
2 rociadores 3 rociadores 5 rociadores 10 rociadores 20 rociadores 40 rociadores 65 rociadores 100 rociadores 160 rociadores 275 rociadores Ver sección 8.2
Cobre 1 in 1 1/4 in 1 1/2 in 2 in 2 1/2 in 3 in 3 1/2 in 4 in 5 in 6 in 8 in
2 rociadores 3 rociadores 5 rociadores 12 rociadores 25 rociadores 45 rociadores 75 rociadores 115 rociadores 180 rociadores 300 rociadores Ver sección 8.2
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 ³balanceo hidráulico´ Los cálculos deben iniciar a partir del rociador hidráulicamente más remoto y hacia la fuente de suministro (bomba principal).
Diseño de los sistemas de rociadores para áreas destinadas específicamente para almacenaje de mercancías (commodities)
7
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 madera Colocado 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 supresión NFPA 13 define el control de fuego como ³Limitar 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 ³Reducir 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.
³El 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 ³draft 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 NFPA
13 Tabla 8.12.2.2.1 Areas de protección y máximo espaciamiento de rociadores Alturas de techo hasta 30 pies (9.1 mts)
Area de protección Tipo de construcción pies² mts²
Espaciamiento
pies
mts
ESFR
Alturas de techo arr iba de 30 pies (9.1 mts)
Area de protección pies² mts²
Espaciamiento pies mts
No
combustible sin obstrucciones
100
9.3
12
3.7
100
9.3
10
3.1
No
combustible con obstrucciones
100
9.3
12
3.7
100
9.3
10
3.1
Combustible sin obstrucciones
100
9.3
12
3.7
100
9.3
10
3.1
Combustible con obstrucciones
N/A
N/A
N/A
N/A
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.
Distancia
del deflector al techo:
Distancias del deflector de rociadores Posición de ESFR
Factor
K
ESFR
al techo
Distancia Máxima
Distancia Mínima
Up-right
14
12 in
3 in
Pendent
14
14 in
6 in
Pendent
16.8
14 in
6 in
Pendent
22.4
18 in
6 in
Pendent
25.2
18 in
6 in
NFPA 13
Los
rociadores deben ser colocados en cumplimiento con la tabla 8.12.5.1.1 para obstrucciones solidas en el techo tales como vigas.
Tabla 8.12.5.1.1 Pos ición de los rociadores ESFR para evitar obstrucciones a la descarga del rociador
D is tan ci a la te ral de l ro cia do r a la ob stru cci ón
Máxima distancia permitida d el de fl ecto r s obre l a pa rte b aj a d e l a o bs tru cci ón
Menos de 1 ft 1 ft a menos de 1ft - 6 in 1 ft -6in a menos de 2 ft 2 ft a menos de 2ft - 6in 2ft - 6in a menos de 3 ft 3 ft a menos de 3 ft - 6in 3 ft - 6in a menos de 4 ft 4 ft a menos de 4 ft - 6in 4 ft - 6in a menos de 5 ft 5 ft a menos de 5 ft - 6i 5 ft - 6in a menos de 7 ft 6 ft
0 1 1/2" 3" 5 1/2" 8" 10" 12" 15" 18" 22" 26" 31"
a)
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: 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
7.6 Diseño
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. Criterios de diseño más comunes para rociadores Altura máxima Posición del del edificio rociador 30 pies 40 pies 45 pies 45 pies
pendent pendent pendent pendent
factor K
Rociadores en operación
14.2 14.2 22 25
12 12 12 12
ES FR
Presión mínima NFPA FM 50 psi 75 psi 40 psi 40 psi
50 psi 75 psi 50 psi 50 psi
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. ³Cada 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 ³recomendaciones 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)
Pump Rating (gpm)
Suction (in.)
Discharge (in.)
25 50 100 150 200 250 300 400 450 500 750 1,000 1,250 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000
1 1 1/2 2 2 1/2 3 3 1/2 4 4 5 5 6 8 8 8 10 10 12 12 14 16 16
1 1 1/4 2 2 1/2 3 3 4 4 5 5 6 6 8 8 10 10 12 12 12 14 14
Minimum Pipe Sizes (nominal) Relief Valve Meter Relief Valve Discharge device (in.) (in.) (in.) 3/4 1 1/4 1 1/2 2 2 2 2 1/2 3 3 3 4 4 6 6 6 6 8 8 8 8 8
1 1 1/2 2 2 1/2 2 1/2 2 1/2 3 1/2 5 5 5 6 8 8 8 10 10 12 12 14 14 14
1 1/4 2 2 1/2 3 3 3 1/2 3 1/2 4 4 5 5 6 6 8 8 8 8 10 10 10 10
Number
and Size of H ose Valves (in.) 1 - 1 1/2 1 - 1 1/2 1 - 2 1/2 1 - 2 1/2 1 - 2 1/2 1 - 2 1/2 1 - 2 1/2 2 - 2 1/2 2 - 2 1/2 2 - 2 1/2 3 - 2 1/2 4 - 2 1/2 6 - 2 1/2 6 - 2 1/2 6 - 2 1/2 8 - 2 1/2 12 - 2 1/2 12 - 2 1/2 16 - 2 1/2 16 - 2 1/2 20 - 2 1/2
Hose Header
Supply (in.) 1 1/2 1/2 1/2 1/2 3 3 4 4 4 6 6 8 8 8 10 10 12 12 12 12
1 2 2 2
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: 150 Shutoff ead capacity curve with Punto de diseño: 140 steepest s hape permissible 100% de gasto al 100% ³ lat´ head capacity curve d a de presión demandado e h l 100 Rated total head por los cálculos a t o t d hidráulicos e t H
F
150% del gasto de diseño al 65% de la presión de diseño.
140% de la presión de diseño a 0 (cero) gasto
a r f 65 o t n e 50 c r e P
0
Rated Capacity
0
50
100
150
Percent of rated capacity
Pump Characteristics Curves
200
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 NFPA 13
Tabla 11.2.3.1.2 Requerimiento de agua para mangueras y duración de suministro de agua para sistemas hidraúlicamente calculados
Ocupación
Mangueras interiores GPM
Total mangeras combinado interior/exterior GPM
Duración minutos
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
Para sistemas ESFR el requerimiento de tiempo es 60 minutos
³FREE 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 ³gap´ 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 años 100 años 250 años 500 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 incendi o que se instalen instal en en edificios ubicados en zonas con clasificación clasif icación 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. ³Tuberías ³Tuberías de 2´Ø y menor no requieren de soportes antisísmicos.´
11.1 Tipos de soporte: soporte: 2 vías
Los soportes de 2 vías pueden ser laterales o longitudinales, dependiendo de su orientación con el eje de d e la tubería horizontal. Los soportes laterales y longitudinales resisten movimientos diferenciales perpendiculares y paralelos, respectivamente al eje del tubo. Se instalan inst alan generalmente en alimentadores (feedmains), cabezales (crossmains) y ramales (Branch lines). 4 vías
Los soportes de 4 vías resisten resi sten movimientos en todas las direcciones horizontales, y típicamente se instalan en los risers..
11.2 Ubicación Ubicación de soportes antisísmic antisísmicos os
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.
12 Cálculos hidráulicos
La fórmula para determinar el flujo en un rociador es:
Q
donde:
Q
!
Flujo
K
!
Factor
P
!
!
K P
en GPM K del rociador
Presión de descarga del rociador en PSI
12 Cálculos hidráulicos
La caída de presión por fricción en tuberías se calcula con la fórmula de Hazzen-Williams: donde:
P = Q= C =
P !
4.52 v Q 1.85
C
v
d
1.85
4.87
Caída de presión por fricción en psi por cada pie de tubería Flujo
de agua en GPM Coeficiente de rugosidad de la tubería Diámetro interior de la tubería en pulgadas
d =
Ver tablas: 22.4.3.1.1 Longitud equivalente de conexiones y válvulas 22.4.4.7 Valores de coeficiente C de Hazzen-Williams
13 Selección rápida de bomba y tanque E jemplo:
Se tiene un edificio de manufactura con diferentes zonas de riesgo y densidades de diseño: Ocupación
densidad
área remota
Oficinas
Manufactura 1
0.20 gpm/ft2
2,500 ft2
Manufactura 2
0.30 gpm/ft2
3,000 ft2
Almacén
0.10 gpm/ft2
1,500 ft2
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.
