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"