Cálculos hidráulicos para sistemas de rociadores

Los cálculos hidráulicos son muy importantes a la hora de diseñar sistemas de protección contra incendios, ya que garantizan que la tubería suministre suficiente agua para extinguir cualquier incendio. En particular, los sistemas de rociadores automáticos están sujetos a la norma NFPA 13 en los EE. UU. Y la norma internacional equivalente es EN 12845.

El procedimiento de cálculo hidráulico se ocupa de tres aspectos muy importantes de un sistema de extinción de incendios:

  • Si ocurre un incendio, ¿cuánta agua se requiere para extinguirlo?
  • ¿Es suficiente el suministro de agua disponible?
  • ¿Cuál es la disposición óptima del sistema de tuberías y qué pérdidas por fricción se producen?

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Un diseño de protección contra incendios adecuado protege su edificio y sus ocupantes. Si está desarrollando espacios comerciales para alquilar, la protección contra incendios confiable también es una característica valiosa para los posibles inquilinos.

¿Cuánta agua se necesita para la protección contra incendios?

Cálculos hidráulicos para sistemas de rociadores

Se requiere una prueba de flujo de agua antes de comenzar un cálculo hidráulico. Esto se puede lograr midiendo la presión y el flujo en un hidrante, pero esta información también puede estar disponible públicamente en el departamento de agua municipal.

Puede haber casos en los que el suministro de agua municipal sea insuficiente para la protección contra incendios o no esté disponible. Cuando esto sucede, la tubería puede diseñarse para extraer agua de otras fuentes, que pueden clasificarse como abiertas o cerradas:

  • Los lagos, estanques y ríos son ejemplos de fuentes abiertas.
  • Los tanques de agua subterráneos, sobre el suelo y elevados son ejemplos de fuentes cerradas.

Cuando el agua se obtiene de una fuente estática como un lago o un tanque enterrado, se requiere presión adicional para una protección contra incendios efectiva. Esto debe tenerse en cuenta en el cálculo hidráulico. procedimiento, y el aumento de presión se puede lograr con un Bomba contra incendios o tanque presurizado.

Configuraciones del sistema de tuberías

Los diseños de tuberías de la mayoría de los sistemas de protección contra incendios se pueden clasificar en tres tipos principales, según la disposición de las tuberías individuales: árbol, bucle y rejilla.

Configuración de tuberías Descripción
Árbol Esta configuración utiliza una tubería principal que se ramifica en tuberías más pequeñas, similar a cómo un árbol tiene ramas que crecen desde su tronco. Las tuberías ramificadas proporcionan agua para rociadores individuales y otros elementos de protección contra incendios.
Círculo Esta configuración también tiene una tubería principal, desde la cual se ramifican todas las demás tuberías. Sin embargo, la tubería principal regresa al punto de partida, completando un bucle en la fuente.
Red Esta configuración utiliza dos líneas principales que corren paralelas entre sí, conectadas por segmentos de tubería más pequeños. Hay más de una ruta que conduce a cada aspersor, lo que reduce la fricción.

Las normas de protección contra incendios normalmente requieren el método Hazen-Williams para determinar las pérdidas por fricción en un sistema de tuberías, independientemente del diseño utilizado:

  • Los diseños de tuberías de árbol y bucle tienen un procedimiento más simple y los cálculos manuales son factibles.
  • Por otro lado, los diseños de tuberías de rejilla requieren un software para analizar y equilibrar el flujo de agua a través de todos los caminos posibles.

Los sistemas modernos de protección contra incendios normalmente se diseñan con cálculos computarizados, independientemente del diseño utilizado. Los cálculos de software permiten cambios y nuevos cálculos en solo una fracción del tiempo requerido con los procedimientos manuales.

Hay muchos factores que influyen en la intensidad y extensión de un incendio, que incluyen los materiales almacenados en un edificio y su disposición. Los códigos de protección contra incendios proporcionan tablas y valores de diseño típicos, que provienen de décadas de pruebas y simulación detallada de incidentes de incendios. los Manual de NFPA 13 tiene un suplemento que cubre la teoría y los procedimientos detrás de los cálculos hidráulicos.

Cálculo de la densidad de los rociadores según la demanda

Cálculos hidráulicos para sistemas de rociadores

los clasificación de riesgo de ocupación es un factor crítico al diseñar un sistema de rociadores automáticos. Si se subestima el peligro de incendio, el sistema de rociadores resultante tendrá un tamaño insuficiente para los incendios que puedan ocurrir. El sistema no podrá extinguir las llamas, lo que provocará grandes daños a la propiedad y posibles víctimas.

La clasificación de peligro debe ser determinada por ingenieros de protección contra incendios con experiencia. No existe un procedimiento de cálculo y el análisis es cualitativo; depende de la experiencia y de estar familiarizado con las normas de la NFPA.

  • Según la clasificación de peligro, los ingenieros de protección contra incendios pueden determinar la disposición óptima de las tuberías y los rociadores contra incendios.
  • El siguiente paso es determinar el número máximo de aspersores que se pueden activar a la vez y calcular la presión requerida para garantizar suficiente flujo de agua.
  • En cualquier escenario con rociadores menos activos que el máximo asumido, la tubería y el suministro de agua serán más que suficientes.

El número de rociadores considerados para los cálculos de diseño está determinado principalmente por la clasificación de peligro. Sin embargo, existe libertad para los ajustes que el diseñador considere adecuados.

La NFPA proporciona gráficos que establecen una relación entre el área cubierta y la densidad del flujo. Los diseñadores de protección contra incendios seleccionan una combinación adecuada de área y densidad, según la aplicación.

  • El diseño del rociador contra incendios puede variar desde alta densidad de flujo en un área pequeña hasta baja densidad en un área grande.
  • En ambos casos, el objetivo es controlar el fuego antes de que se extienda fuera del área de diseño.

¿Cómo calcular los requisitos de flujo de los rociadores?

El cálculo del flujo es relativamente simple, ya que los ingenieros de diseño solo tienen que multiplicar el área cubierta y la densidad del flujo que se determinó previamente:

  • Q (flujo) = área de cobertura x densidad de flujo

Los rociadores enumerados normalmente tienen requisitos de flujo mínimo en sus especificaciones técnicas, que dependen del espacio. Los requisitos de caudal del fabricante deben prevalecer si superan los valores calculados.

¿Cómo calcular los requisitos de presión de los rociadores?

Cálculos hidráulicos para sistemas de rociadores

El cálculo de la presión es más complejo, ya que los rociadores contra incendios implican una conversión de energía de presión a energía cinética. El cálculo utiliza la fórmula para el flujo de agua a través de un orificio, basada en la presión dentro de la tubería:

  • Q (flujo) = 29,83 x CD xd2 x √P
  • CD es el coeficiente de descarga, que se basa en las características del orificio y se determina experimentalmente.
  • Por otro lado, tLas letras d y P simplemente representan el diámetro y la presión.

Dado que los rociadores contra incendios ya tienen un diámetro de diseño, todos los factores distintos de la presión se pueden combinar en un «factor K» para cálculos más simples. Esto da como resultado una fórmula más compacta:

Cuando se conoce el flujo requerido (Q), la fórmula se puede reorganizar de la siguiente manera para calcular la presión requerida (P):

NFPA 13 establece una presión mínima de 7 psi, incluso cuando el procedimiento de cálculo arroja un valor menor. Esto asegura que los aspersores produzcan el patrón de rociado correcto. Sin embargo, la NFPA 13 también proporciona excepciones al método, que se tratan en el Capítulo 7. Los siguientes son algunos ejemplos:

  • Aplicaciones en las que se utilizan sistemas de rociadores de tubería seca.
  • Rociadores de respuesta rápida bajo techos lisos y planos con altura limitada.
  • Espacios ocultos combustibles y no rociados en un edificio.
  • Espacios que se dividen en múltiples compartimentos, donde los métodos alternativos permiten una menor cantidad de aspersores.
  • Unidades de vivienda y pasillos adyacentes, que utilizan un procedimiento simplificado con un área de diseño de cuatro rociadores.

Conclusión

Los sistemas de rociadores automáticos tienen requisitos de diseño estrictos, lo que tiene sentido debido a su importancia en la protección contra incendios. Diseñar un sistema de rociadores que cumpla con los códigos a un costo óptimo es un desafío de ingeniería que requiere experiencia en protección contra incendios y familiaridad con las normas.

En nueva york, todas las propiedades comerciales cubiertas por Ley Local 26 debían tener rociadores contra incendios antes del 1 de julio de 2019. Si tiene una propiedad que no cumplió con la fecha límite, la mejor recomendación es ponerse en contacto con una empresa de ingeniería calificada de MEP lo antes posible.