Los cálculos hidráulicos son muy importantes en el diseño de sistemas de protección contra incendios, ya que garantizan que las tuberías proporcionen agua suficiente para extinguir cualquier incendio. En particular, los sistemas de rociadores automáticos están sujetos a la norma NFPA 13 en EE. UU. y la norma internacional equivalente es la EN 12845.
El procedimiento de cálculo hidráulico aborda tres aspectos muy importantes de un sistema de extinción de incendios:
- Si se produce un incendio, ¿cuánta agua se necesitará para apagarlo?
- ¿Es suficiente el suministro de agua disponible?
- ¿Cuál es el diseño ideal del sistema de tuberías y qué pérdidas por fricción se producen?
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Un diseño adecuado de protección contra incendios protege su edificio y a sus ocupantes. Si está desarrollando espacios comerciales para alquiler, una protección contra incendios fiable también es un activo valioso para los posibles inquilinos.
¿Cuánta agua se necesita para la protección contra incendios?
Se requiere una prueba de flujo de agua antes de iniciar un cálculo hidráulico. Esto se puede lograr midiendo la presión y el flujo en una boca de incendio, 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, las tuberías pueden diseñarse para captar agua de otras fuentes, las cuales pueden clasificarse en abiertas o cerradas:
- Lagos, estanques y ríos son ejemplos de fuentes abiertas.
- Los tanques de agua subterráneos, aéreos 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 eficaz contra incendios. Esto debe considerarse en el procedimiento de cálculo hidráulico, y el aumento de presión se puede lograr con un bomba contra incendios o tanque presurizado.
Configuración 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 cómo estén dispuestas las tuberías individuales: árbol, bucle y rejilla.
| Configuración de tuberías | Descripción |
| Árbol | Esta configuración utiliza un tubo principal que se ramifica en tubos más pequeños, similar a un árbol cuyas ramas crecen desde su tronco. Los ramales suministran agua a rociadores individuales y otros elementos de protección contra incendios. |
| Enlace | Esta configuración también tiene un tubo principal, del que se ramifican todos los demás tubos. Sin embargo, la tubería principal regresa al punto inicial, completando un bucle en el origen. |
| Red | Esta configuración utiliza dos líneas principales 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. |
Los estándares de protección contra incendios generalmente requieren el método Hazen-Williams para determinar las pérdidas por fricción en un sistema de tuberías, independientemente del diseño utilizado:
- Los diseños de tuberías en árbol y en bucle tienen un procedimiento más simple y los cálculos manuales son factibles.
- Por otro lado, los diseños de tuberías de la red requieren software para analizar y equilibrar el flujo de agua a través de todos los caminos posibles.
Los sistemas modernos de protección contra incendios suelen diseñarse con cálculos computarizados, independientemente del diseño utilizado. Los cálculos de software permiten cambios y recálculos en solo una fracción del tiempo requerido con los procedimientos manuales.
Hay muchos factores que influyen en la intensidad y extensión de un incendio, entre los que se incluyen los materiales almacenados en un edificio y su disposición. Los códigos de protección contra incendios proporcionan tablas y valores de diseño típicos de décadas de pruebas y simulación detallada de incidentes de incendio. El Manual NFPA 13 tiene un suplemento que cubre la teoría y los procedimientos detrás de los cálculos hidráulicos.
Calcular la densidad de los rociadores en función de la demanda
La clasificación de riesgo de ocupación es un factor crítico al diseñar un sistema de rociadores automáticos. Si se subestima el riesgo de incendio, el sistema de rociadores resultante será de tamaño insuficiente para los incendios que puedan ocurrir. El sistema no podrá extinguir las llamas, provocando cuantiosos daños materiales y posibles víctimas.
La clasificación de peligro debe ser determinada por ingenieros experimentados en protección contra incendios. No existe un procedimiento de cálculo y el análisis es cualitativo; depende de la experiencia y la familiaridad con las normas NFPA.
- Según la clasificación de peligros, los ingenieros de protección contra incendios pueden determinar la disposición óptima de las tuberías y rociadores contra incendios.
- El siguiente paso es determinar la cantidad máxima de aspersores que se pueden activar a la vez y calcular la presión necesaria para garantizar un flujo de agua suficiente.
- En cualquier escenario con rociadores menos activos que el máximo supuesto, las tuberías y el suministro de agua serán más que suficientes.
El número de rociadores considerados en los cálculos de diseño está determinado principalmente por la clasificación de peligro. Sin embargo, existe libertad para realizar los ajustes que el diseñador considere apropiados.
La NFPA proporciona gráficos que establecen una relación entre el área cubierta y la densidad de flujo. Los diseñadores de protección contra incendios seleccionan una combinación adecuada de área y densidad según la aplicación.
- El diseño de los rociadores contra incendios puede variar desde una alta densidad de flujo en un área pequeña hasta una baja densidad en un área grande.
- En ambos casos el objetivo es controlar el incendio antes de que se propague fuera del área proyectada.
¿Cómo calcular los requisitos de flujo de los aspersores?
El cálculo del caudal es relativamente sencillo, ya que los ingenieros de diseño sólo necesitan multiplicar el área cubierta por la densidad del caudal que se determinó previamente:
- Q (flujo) = Área de cobertura x Densidad de flujo
Los rociadores enumerados suelen tener requisitos de flujo mínimo en sus especificaciones técnicas, que dependen del espaciamiento. Los requisitos de flujo del fabricante prevalecerán si exceden los valores calculados.
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¿Cómo calcular los requisitos de presión de los rociadores?
Calcular la presión es más complejo, ya que los aspersores implican una conversión de la energía de la presión en energía cinética. El cálculo utiliza la fórmula para el flujo de agua a través de un orificio, en función de la presión dentro del tubo:
- Q (flujo) = 29,83 x C D xD 2 x√P
- C D es el coeficiente de descarga, que se basa en las características del orificio y se determina experimentalmente.
- Por otro lado, t Las letras de P simplemente representan el diámetro y la presión.
Debido a que los rociadores contra incendios ya tienen un diámetro de diseño, todos los factores, excepto la presión, se pueden combinar en un "factor K" para realizar cálculos más simples. Esto da como resultado una fórmula más compacta:
- Q = K x √P
Cuando se conoce el flujo requerido (Q), la fórmula se puede reorganizar de la siguiente manera para calcular la presión requerida (P):
- P = (Q/K) 2
NFPA 13 establece una presión mínima de 7 psi, aún cuando el procedimiento de cálculo arroje un valor menor. Esto asegura que los aspersores produzcan el patrón de rociado correcto. Sin embargo, NFPA 13 también proporciona excepciones al método, que se tratan en el Capítulo 7. Los siguientes son algunos ejemplos:
- Aplicaciones donde se utilizan sistemas de rociadores de tubería seca.
- Aspersores de respuesta rápida bajo techos planos y lisos con altura limitada.
- Espacios ocultos combustibles y sin rociar en un edificio.
- Espacios divididos en múltiples compartimentos, donde métodos alternativos permiten un menor número de aspersores.
- Unidades de vivienda y corredores adyacentes, que utilizan un procedimiento simplificado con un área diseñada de cuatro rociadores.
Conclusión
Los sistemas de rociadores automáticos tienen requisitos de diseño estrictos, lo que tiene sentido dada su importancia en la protección contra incendios. Diseñar un sistema de rociadores que cumpla con las regulaciones a un costo óptimo es un desafío de ingeniería que requiere experiencia en protección contra incendios y familiaridad con las regulaciones.
En la ciudad de Nueva York, todas las propiedades comerciales cubiertas por la Ley Local 26 debían tener rociadores contra incendios antes del 1 de julio de 2019. Si tiene una propiedad que no ha cumplido con la fecha límite, la mejor recomendación es comunicarse con un equipo de ingeniería MEP calificado de la empresa como lo mas rapido posible.
