Sistema contra incendio Almacén

Resumen

En el presente trabajo se realiza el
cálculo hidráulico de un sistema contra incendio de
un almacén, partiendo de una infraestructura existente y
que cuenta solamente con medios portátiles, que resultan
insuficiente para extinguir un principio de incendio de las
magnitudes que en este se pueden generar y tomando como premisa
la tipología de productos almacenados, que en este ejemplo
tienen carácter universal.

En el mismo se parte del diseño o
calculo de comprobación del reservorio de agua, la
selección de las tuberías y disposición de
los hidrantes y selección de la(s) bombas para el mismo,
con un cálculo de comprobación para evitar la
cavitación del sistema de bombeo.

Introducción

Tras las restricciones impuestas en el Protocolo de
Montreal y posteriores, por motivos medioambientales, en el uso
de los halones y otras substancias que agotan la capa de ozono,
ha habido un gran movimiento en el mercado, tanto nacional como
internacional, de sistemas de protección contra incendios.
Han aparecido nuevos agentes extintores y se han creado
estándares para su diseño. El diseño de
estos sistemas es complicado y no existen agentes extintores
universales que sean aptos para todas las situaciones. Ni los
agentes gaseosos ni el agua nebulizada ni ningún otro
sistema de protección contra incendios son aptos para
todas las aplicaciones, al igual que no lo era el Halón
1301 que se utilizó de forma indiscriminada. Las
necesidades de los clientes finales también varían
para cada aplicación y, a veces, clientes con la misma
aplicación tienen necesidades diferentes. Es, pues,
importante definir en las primeras fases del proyecto las
necesidades del cliente y los requisitos mínimos que el
sistema de protección debe cumplir, pues ello
determinará el tipo de agente a utilizar y las medidas
adicionales que se deberán cumplir.

El cálculo de sistemas contra incendios es un
elemento elemental para la protección física de
este tipo de instalaciones, para lograr la efectividad que de
este se espera en caso de ocurrir un accidente, los incendios son
fuente generadora de cuantiosos daños materiales y los
riesgos en su funcionalidad los convierten en puntos altamente
vulnerables. Todos los países tienen establecidas normas
contra incendios y en los mismos se definen que instalaciones
llevan un sistema de extinción sea manual o
automático, dotando los mismo de dispositivos
portátiles o sistemas hidráulicos como el que se
simula en el siguiente trabajo.

Diseño de
depósitos. Ubicación del sistema

Dimensionamiento del depósito de
agua. (Cisterna).

En la instalación se dispone actualmente de una
cisterna, a la cual se le realizaron las mediciones
geométricas para verificar la capacidad total de
almacenamiento, la misma está dispuesta de forma
soterrada, por tanto el sistema propuesto será por
bombeo.

Dimensiones.

W = 3.6 M (ancho)

L = 4.2 M (largo)

H = 2 M (alto)

Partiendo del criterio que H ˜ L/2 la cisterna se
clasifica como de mediana capacidad, con un volumen total de
30240 lts equivalente a 30.2 m3, analizando los requerimientos de
sistemas contra incendios, que establecen que debe existir 5 lts
de agua por cada m2 de área a proteger (˜ 800 m2) y
la distancia de la unidad de bombero mas cercana, disponiendo
finalmente de una autonomía de 1,2 horas hasta la llegada
de los mismos., cuando no se dispone del deposito previamente y
se quiere construir el criterio anterior es válido,
existiendo tres clasificaciones por capacidad (pequeña,
mediana y grande)

Selección
del diámetro de tubería

Para la selección del diámetro de
tubería se tuvo en cuenta el volumen o flujo de agua
máximo que desea suministrarse, en este caso según
las normas técnicas y el área del almacén se
debe disponer de dos hidrantes, un hidrante de 4"" consume 2.82
L/S de agua, por tanto el flujo volumétrico (Q) a manejar
será de 6 L/S, equivalente a 0.006 m3/s. (todos los datos
referidos a normas, obedecen a normas cubanas contra
incendio)

Según las normativas, se pueden utilizar
tuberías de 2 a 4"" para sistemas contra incendios de
mediana capacidad.

El diámetro de los tubos puede determinarse
utilizando la siguiente ecuación:

Para la descarga

asumiendo que la velocidad (v) es de 2,5 m/s, pueden
utilizarse tubos de 2 1/2"" (62,71 mm) para estandarizar a un
diámetro normado.

Para comprobar la velocidad de trabajo del fluido
utilizamos la ecuación

v = Q / Af, (2)

donde Af es el área de flujo expresada en m2, y
se determina por la siguiente expresión:

(3)

Relacionando ambas ecuaciones v = 4 *Q /

Sustituyendo los valores de cada uno de los
elementos

vdec= (4 * 0.006)/(3.14 * 0.063^2)

vdec = 2 m/s, lo que nos dice puede utilizarse ese
diámetro de tubería para garantizar el flujo a la
velocidad máxima recomendada.

Para la succión

asumiendo que la velocidad (v) es de 1,5 m/s, puede
utilizarse tubos de 3"" (77,93 mm) para estandarizar a un
diámetro normado

Para comprobar la velocidad utilizamos la
ecuación V = Q / Af, (2)

Donde Af es el área de flujo expresada en m2, y
se determina por la siguiente expresión:

Relacionando ambas ecuaciones v = 4 *Q /

Sustituyendo los valores de cada uno de los elementos
vsuc = (4 * 0.006)/(3.14 * 0.078^2)

vsuc = 1.2 m/s, lo que nos dice puede utilizarse ese
diámetro de tubería para garantizar el flujo a la
velocidad máxima recomendada.

Para diámetro 0.055 m (62.71 mm) el Reynols
será el siguiente:

(3)

Donde

Sustituyendo en la ecuación

Rdesc = 15152, lo que define el sistema con un
régimen laminar ya que Re < 2100.

Para la succión.

Rsucc = 12192

El fani para la descarga será:

Selección
de bombas

Para la selección de las bomba (s)
necesarias para garantizar el flujo, y la presión
necesaria en los puntos de trabajo, se deben analizar todas las
cargas que inciden en el sistema, que abarcan desde la carga de
altura, fricción, entre otras.

La carga de fricción en la succión queda
expresada por la siguiente ecuación:

En el caso de la carga de altura
será

Hhsucc = – 1,8 m y Hhdesc = 1.2
m

ya que los gabinetes se sitiaran a una
altura de 1.2 m por encima de la línea de
trabajo.

Por lo tanto la carga de bombeo del sistema
es de:

Hb = 0.59 + 18.64 (1.2 – (1,8) =
19.09 m.

Atiendo de este valor se debe buscar en
catálogos de bombas hidráulicas, aquella que
garantice vencer la carga de bombeo, adicionar un 1.5 del valor
de seguridad.

Tabla de resultados de la carga de bombeo
del sistema

Calculo para la confección de la curva de
operación.

1. Se suponen varios valores de flujos
volumétricos.

Como los cálculos del Q se realizaron en m3/s
debemos llevarlo a gal/min, para que sean compatibles con los
valores de las tablas de las bombas.

1 m3= 264.172 gal

1 seg.= 0.0166667 min entonces

1 m3/s= 15850 gal/min como nuestro flujo es de 0,006
m3/s

Entonces es lo mismo decir que tenemos 95.1
gal/min

Partiendo de esto se asumen diferentes valores de flujo
que permitan confeccionar el grafico de flujo contra carga y
determinar el punto de operación de la bomba, partiendo de
la curva característica de esta.(ver tablas anexas). Estos
datos generan la siguiente grafica.

Calculo para la cavitación

Se dice que una bomba cavita cuando la presión
que actúa en la carcasa de la misma es menor que la
presión de vapor del líquido que se maneja, o sea
que el fluido "hierve" o se evapora bruscamente.

Teóricamente se ha demostrado que el CNPS es una
función de la velocidad específica y puede ser
predicha por una ecuación del tipo:

Se toma 1.80 m por ser un valor bajo.

Carga máxima en la succión libre de
cavitación.

Es la altura máxima permisible para la
succión de una bomba sin que se produzca cavitación
y se calcula por la ecuación:

Conclusiones

La esencia de nuestra propuesta es dotar de una
metodología de calculo hidráulico aplicado a
sistemas contra incendios de una base de almacenes, lo cual puede
servir de patrón para otro tipo de instalaciones, es
recomendable antes de consultar esta metodología,
consultar las normas internacionales o nacionales sobre esta
temática, pues de ella se obtienen requerimientos
específicos que son diferentes para cada tiempo de
instalación y sistema.

Autor:

Ing. Alexander Ramírez
Orue

Ing. Juan Carlos Batista
Cobian

Guantánamo, 5 de abril
2011

"Año 52 de la
Revolución"