Universidad Veracruzana Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Instalaciones mecánicas Diseño de instalaciones contra incendios
Académico: Jorge Alberto Vélez Enríquez
Alumno: Diego Raid Peredo Ortiz
Xalapa Ver. Diciembre de 2014
CONTENIDO
1.
INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE INSTALACIONES CONTRA INCENDIOS ..... 4
1.1.
CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTABLECIMIENTOS INDUSTRIALES POR
SU CONFIGURACIÓN Y UBICACIÓN CON RELACIÓN A SU ENTORNO. ............. 4
1.2.
2.
CLASIFICACIÓN SEGÚN SU GRADO DE RIESGO INTRÍNSECO ................ 6
DISEÑO DE INSTALACIONES ..................................................................................... 11
2.1.
..................................................................................... 11 REDES DE EXTINTORES ......................................................................................
2.2.
SISTEMAS DE DETECCIÓN ................................................................................. 12
2.3.
......................................................................................... 14 RED DE ROCIADORES ..........................................................................................
2.4.
BOCAS DE INCENDIOS EQUIPADAS ................................................................ 25
2.5.
SISTEMAS DE EXTINCIÓN POR AGENTES EXTINTORES GASEOSOS. .. 29
3.
........................................................................................................ 33 TRES PREGUNTAS .........................................................................................................
4.
.............................................................................................................. 34 BIBLIOGRAFÍA ...............................................................................................................
1. INTRODUCCIÓN AL DISEÑO DE INSTALACIONES CONTRA INCENDIOS Conceptos clave •
•
Diseño.- Proceso previo de configuración mental, "pre-figuración", en la búsqueda de una solución en cualquier campo. Instalaciones.- Las instalaciones son el conjunto de redes y equipos fijos que permiten el suministro y operación de los servicios que ayudan a los edificios a cumplir las funciones para las que han sido diseñados.
Cálculo del nivel de riesgo •
Según el reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales se entiende por establecimiento el conjunto de edificios, edificio, zona este, instalación o espacio abierto de uso industrial o almacén destinado a ser utilizado bajo una titularidad diferenciada y cuyo proyecto de construcción o reforma, así como el inicio de la actividad prevista, sea objeto de control administrativo.
Los establecimientos industriales se caracterizarán por: •
A) Su configuración y ubicación con relación a su entorno.
•
B) Su nivel de riesgo intrínseco.
1.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS ESTABLECIMIENTOS INDUSTRIALES POR SU CONFIGURACIÓN Y UBICACIÓN CON RELACIÓN A SU ENTORNO. Establecimientos industriales ubicados en un edificio:
TIPO A: el establecimiento industrial ocupa parcialmente un edificio que tiene, además, otros establecimientos, ya sean estos de uso industrial ya de otros usos.
TIPO B: el establecimiento industrial ocupa totalmente un edificio que está adosado a otro u otros edificios, o a una distancia igual o inferior a tres metros de otro u otros edificios, de otro establecimiento, ya sean estos de uso industrial o bien de otros usos.
TIPO C: el establecimiento industrial ocupa totalmente un edificio, o varios, en su caso, que está a una distancia mayor de tres metros del edificio más próximo de otros establecimientos. Dicha distancia deberá estar libre de mercancías combustibles o elementos intermedios susceptibles de propagar el incendio.
Establecimientos industriales que desarrollan su actividad en espacios abiertos que no constituyen un edificio:
TIPO D: el establecimiento industrial ocupa un espacio abierto, que puede estar totalmente cubierto en sus paredes laterales. TIPO E: el establecimiento industrial ocupa un espacio abierto que puede estar parcialmente cubierto (hasta un 50 por ciento de su superficie).
Caracterización de los establecimientos industriales por su nivel de riesgo intrínseco.
1.2.CLASIFICACIÓN SEGÚN SU GRADO DE RIESGO INTRÍNSECO Los establecimientos industriales, en general, estarán constituidos por una o varias configuraciones de los tipos A, B, C, D y E. 1. Para los tipos A, B y C se considera "sector de incendio" el espacio del edificio cerrado por elementos resistentes al fuego durante el tiempo que se establezca en cada caso. 2. Para los tipos D y E se considera que la superficie que ocupan constituye un "área de incendio" abierta, definida solamente por su perímetro. El nivel de riesgo intrínseco de cada sector o área de incendio se evaluará:
Calculando la siguiente expresión, que determina la densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, de dicho sector o área de incendio:
= () ( ) Donde: QS = densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, del sector o área de incendio, en MJ/m2 o Mcal/m2. Gi = masa, en kg, de cada uno de los combustibles qi = poder calorífico, en MJ/kg o Mcal/kg, Ci = coeficiente adimensional que pondera el grado de peligrosidad (por la combustibilidad) de cada uno de los combustibles (i) R a = coeficiente adimensional que corrige el grado de peligrosidad (por la activación) inherente a la actividad industrial que se desarrolla en el sector de incendio A = superficie construida del sector de incendio o superficie ocupada del área de incendio, en m2. Los valores necesarios para la evaluación de la ecuación se podrán tomar de las tablas contenidas en el reglamento de instalaciones contra incendio en espacios industriales, a continuación se mostraran parte de las tablas para notar sus partes y constitución.
Como alternativa a la fórmula anterior se puede evaluar la densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, Qs, del sector de incendio aplicando las siguientes expresiones.
a) Para actividades de producción, transformación, reparación o cualquier otra distinta al almacenamiento.
= () ( ) Donde: QS, Ci, R a y A tienen la misma significación que en el apartado anterior. qsi = densidad de carga de fuego de cada zona con proceso diferente según los distintos procesos que se realizan en el sector de incendio (i), en MJ/m2 o Mcal/m2. Si = superficie de cada zona con proceso diferente y densidad de carga de fuego, qsi diferente, en m2.
b) Para actividades de almacenamiento.
= ℎ () ( ) Donde: QS, Ci, R a y A tienen la misma significación que en el apartado 3.2.1 anterior. qvi = carga de fuego, aportada por cada m3 de cada zona con diferente tipo de almacenamiento (i) existente en el sector de incendio, en MJ/m3 o Mcal/m3.
hi = altura del almacenamiento de cada uno de los combustibles, (i), en m. si = superficie ocupada en planta por cada zona con diferente tipo de almacenamiento (i) existente en el sector de incendio en m2.
El nivel de riesgo intrínseco de un edificio o un conjunto de sectores y/o áreas de incendio de un establecimiento industrial .
= ∑
() ( )
Donde: Qe = densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, del edificio industrial, en MJ/m2 o Mcal/m2.
Qsi = densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, de cada uno de los sectores o áreas de incendio, (i), que componen el edificio industrial, en MJ/m2 o Mcal/m2. Ai = superficie construida de cada uno de los sectores o áreas de incendio, (i), que componen el edificio industrial, en m2.
El nivel de riesgo intrínseco de un establecimiento industrial, cuando desarrolla su actividad en más de un edificio, ubicados en un mismo recinto, se evaluará calculando la siguiente expresión:
= ∑ () ( )
Donde: QE = densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, del establecimiento industrial, en MJ/m2 o Mcal/m2. Qei = densidad de carga de fuego, ponderada y corregida, de cada uno de los edificios industriales, (i), que componen el establecimiento industrial en MJ/m2 o Mcal/m2. Aei = superficie construida de cada uno de los edificios industriales, (i), que componen el establecimiento industrial, en m2. Con el resultado del cálculo de la densidad de carga de fuego se puede saber el nivel de riesgo que posee el edificio, y así evaluar la situación del edificio. En la siguiente tabla se puede deducir el valor de nivel de riesgo intrínseco según los resultados de las ecuaciones anteriores.
2. DISEÑO DE INSTALACIONES 2.1.REDES DE EXTINTORES Distribución de extintores Las siguientes son las especificaciones que deben de tomarse en cuenta a la hora de distribuir los extintores en un edificio en general.
Según el grado de riesgo de un edificio y su área se seleccionará el tipo de extintor y el número de extintores necesarios.
2.2.SISTEMAS DE DETECCIÓN Según el reglamento de seguridad contra incendios en los establecimientos industriales se instalarán sistemas automáticos de detección de incendios en los sectores de incendio de los establecimientos industriales cuando en ellos se desarrollen: a) Actividades de producción, montaje, transformación, reparación u otras distintas al almacenamiento si:
Donde A, B y C son los tipos de edificio. b) Actividades de almacenamiento si:
Donde A, B y C son los tipos de edificio. Para detectores de tipo puntual, se indica que deben distribuirse de tal forma que ningún punto del techo o de la cubierta quede situado a una distancia horizontal de un detector mayor que los valores Dmax indicados en la siguiente tabla. Superficie del local en m2
Tipo de detector
Altura del local en m
Pendiente
Pendiente >20º
≤ 20º
Sv (m2)
Dmax (m)
Sv (m2)
Dmax (m)
SL ≤ 80
UNE-EN54/7
h ≤ 12
80
6,6
80
8,2
SL > 80
UNE-EN54/7
h≤ 6
60
5,7
90
8,7
6 < h ≤ 12
80
6,6
110
9,6
UNE-EN54/5, clase h ≤ 7,5 A1
20
3,5
40
6,5
UNE-EN54/5, clase h ≤ 6 A2, B, C, D, E, F, G
20
3,5
40
6,5
SL > 30
SL ≤ 30
UNE-EN54/5, clase h ≤ 7,5 A1
30
4,4
30
5,7
UNE-EN54/5, clase h ≤ 6 A2, B, C, D, E, F, G
30
4,4
30
5,7
La siguiente imagen representa las diferentes tipos de matriz de distribución de detectores.
Sv= Superficie vigilada D max = Distancia máxima horizontal desde cualquier punto al detector.
Ejemplo de la distribución de detectores en matriz de distribución normal.
2.3.RED DE ROCIADORES Un sistema de rociadores es una instalación automática diseñada para la detección de incendios y su extinción. En particular un rociador automático es una boquilla con un dispositivo de cierre termosensible que se abre para descargar agua sobre el incendio.
Los componentes principales de esta instalación son: ●
●
●
Abastecimiento de agua: es la parte del sistema que permite de proporcionar el agua necesaria para el funcionamiento de los rociadores, según caudal, presión y tiempo de funcionamiento establecida en la norma UNE 12845. Puesto de control: conjunto que incorpora una válvula de alarma, una válvula de cierre y todas las válvulas y accesorios para el control de la instalación. Red de tuberías: sobre la cual se instalan las cabezas de rociador.
Antes de empezar el diseño de la red de rociadores, hace falta determinar la clase de riesgo correspondiente al local a proteger. Existen tres clases de riesgos:
Riesgo Ligero (RL). Locales no industriales en los que tanto la cantidad de material combustible como su combustibilidad son bajas. Riesgo Ordinario (RO). Locales comerciales industriales donde los incendios no son susceptibles de propagarse de manera intensa en los primeros minutos.
Riesgo Extra (RE). Locales comerciales e industriales con alta carga de fuego donde los incendios son susceptibles de propagarse de manera intensa por: ●
La naturaleza del proceso - Riesgo Extra-Proceso (RE-P).
●
La cantidad y combustibilidad del material almacenado - Riesgo
Extra-Almacenamiento (RE-A). A CONTINUACIÓN SE PRESENTAN LAS PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS A TOMAR EN CUENTA A DIFERENTE TIPO DE RIESGO.
RIESGO LIGERO (RL) Densidad de diseño: 2,25 mm/min Área de operación: 80 m2 Diámetro nominal de los rociadores: 10 mm salvo que el cálculo hidráulico justifique el uso de diámetros diferentes.
RIESGO ORDINARIO (RO) Densidad de diseño: 5 mm/min. Área de operación: Grupo I (ROI) 72 m2 Grupo II (ROII) 144 m2 Grupo III (ROIII) 216 m2 Grupo III Esp. (ROIIIE) 360 m
RIESGO EXTRA (RE) Riesgo Extra-Proceso (RE-P) Densidad de diseño: 7.5 a 12.5 mm/min Área de operación: 260 m2
Riesgo Extra-Almacenamiento (RE-A)
Densidad de diseño: 7.5 a 17.5 mm/min Área de operación: 260 m2 Densidad de diseño: 20 a 30 mm/min Área de operación: 300 m2
Densidad de diseño y área de operación según el nivel de riesgo
Determinación del número de puestos de control Cada cierta área según el nivel de riesgo se necesita tener un puesto de control, en la siguiente tabla se presenta la superficie máxima por puesto de control.
Distribución de lo rociadores y área de cobertura máxima Considerando ahora la posición de rociadores en relación a miembros estructurales, la norma UNE 12845 establece que para distribución normal los rociadores deben estar a una distancia máxima de 2 m de la pared. Según el nivel de riesgo se toman en cuenta las siguientes especificaciones:
Rociador normal y de pared
Ejemplo de una rejilla de rociadores.
Cálculo hidráulico ●
Estos datos se introducirán en un software llamado epanet
●
Se elige el tipo de rociador
Se calcula el caudal de cada rociador.-
= ∗ = Caudal de un rociador = Superficie máxima por rociador
= Densidad de diseño Presión mínima de alimentación
= Donde
= Caudal de un rociador = Factor nominal Número de rociadores
= Donde
= Área de operación = Área de cobertura máxima Caudal total
= ∗ = Número de rociadores = Caudal de un rociador Pérdidas de carga de la instalación
En particular hace falta tener en cuenta de: Pérdidas distribuidas: debidas a la rugosidad de las tuberías; Pérdidas en accesorios y en variaciones de sección. La norma UNE 12485 establece que la pérdida por fricción en las tuberías no debe ser inferior a la calculada mediante la fórmula de Hazen-Williams:
∆ =12.109
.8 ∗ .8 ∗ 4.8
En la cual:
∆ Es la pérdida de carga en m.c.a. Es el caudal en l/s Es la longitud de la tubería en m Es el coeficiente de rugosidad (adimensional) Es el diámetro interno de la tubería en mm Cálculo de pérdidas por accesorios.-
Los datos del cálculo hidráulico se calculan con epanet 2.0 Software para la simulación de redes de tuberías contra incendios.
Las siguientes son las distintas pestañas y partes del software. Aquí se pueden aprecias las opciones hidráulicas en las cuales se presentan las propiedades del sistema.
En la parte derecha de la interface se encuentra el visor donde podremos ver las propiedades de cada parte del sistema asi como lo que queremos ver en el plano o representación del sistema.
Las propiedades de cada parte del sistema contra incendios se pueden ver en las siguientes pestañas del software, las cuales se encuentran dando doble clic en la parte de sistema a revisar.
Cálculo de la zona más desfavorable Dentro del software al hacer la simulación del sistema se puede denotar la zona más desfavorable, la cual se deducirá analizando las propiedades del sistema.
Determinación de la bomba Es posible ahora hacer la simulación de la red, ajustando caudal y altura de la bomba, con estos datos el mismo software te da las características que debe de tener la bomba.
La curva de la bomba empleada es la siguiente, donde viene enseñado el punto de funcionamiento:
2.4.BOCAS DE INCENDIOS EQUIPADAS
Las BIES según el documento básico de seguridad contra incendio SI 4
Tipo de BIE y Condiciones de funcionamiento. Según el nivel de riesgo intrínseco se podre elegir el tipo adecuado de BIE, ademas de su simultaneidad la cual es el numero de BIES que pueden funcionar al mismo tiempo, y en la misma tabla se presenta su tiempo autonomo, que es el tiempo que servirán antes de que se acabe el suministro de agua.
Cálculo del caudal
Sabiendo el diametro de la boquilla de la BIE sabremos según tablas su caudal mínimo y su presión, adenas de su coeficiente k, el cual nos servirá para los cálculos hidráulicos.
Cálculo de caudal en las BIES
= √ Donde
es el coeficiente de la boquilla. es la presión de la boquilla = √ Donde
es el coeficiente de la BIE es la presión manométrica
Red de tuberías Distribución La red de BIEs estará distribuida por el edificio gracias a una red de tuberías de abastecimiento de agua que estará formada por un anillo principal. 1.- Las BIE deberán montarse sobre un soporte rígido de forma que la altura de su centro quede como máximo a 1,50 m. 2.- Las BIE se sitúan, siempre que sea posible, a una distancia máxima de 5 m de las salidas de cada sector de incendio. 3.- La totalidad de la superficie del sector de incendio en que estén instaladas las BIEs debe quedar cubierta, considerando como radio de acción de ésta la longitud de su manguera (20m) incrementada en 5 m. 4,- La separación máxima entre cada BIE y su más cercana será de 50 m. 5.- La distancia desde cualquier punto del local protegido hasta la BIE más próxima no deberá exceder de 25 m. 6.- Se deberá mantener alrededor de cada BIE una zona libre de obstáculos.
Parámetros de la red ●
Caudal Mínimo:
●
Presión en Manómetro:
●
Coeficiente K:
●
Rugosidad Líneas:
Estos datos serán pasados a epanet 2.0
Ejemplo de una red
2.5.SISTEMAS DE EXTINCIÓN POR AGENTES EXTINTORES GASEOSOS. El sistema de extinción de incendios está constituido por los siguientes elementos: A) Depósitos o botellas de CO2 La temperatura estará entre -23º y -17º C y la presión entre 17 y 22 kg/cm2. El grado máximo de llenado será de 0,666 kg/l.
B) Válvulas de los sistemas centralizados. Estas válvulas serán de latón ●
●
Botellas piloto. Este tipo de válvula consta de: accionamiento manual mediante palanca, accionamiento por solenoide, latiguillo flexible para alta presión y válvula antirretorno con diafragma. Botellas auxiliares. Este tipo de válvula consta de: accionamiento neumático o manual, unión al colector de disparo mediante latiguillos de alta presión y válvula antirretorno.
C) Las válvulas direccionales La válvula direccional para dirigir el gas hacia el riesgo activo. Deben tener también cierre manual.
D) Colector de descarga y tuberías
E) Boquillas de descarga. En los “sistemas de inundación” deben ser de materiales resistentes a
las bajas temperaturas y altas presiones, resistentes a la corrosión y con un diseño adecuado que impida la obstrucción por expansión del agente extintor.
Cálculo cantidad CO2 de diseño
= · 0.2 ∗ + 0.75∗ ∗ 1.1 es el factor para el material a proteger, y se obtiene a partir de la siguiente tabla.
El número de botellas de gas será la diferencia de la cantidad de co2 del diseño y la capacidad total de kg/ litro de gas multiplicado por .75 Nº de botellas = Q/(C) C= .75X total de Kg/litro de CO2 La cantidad de CO2 a utilizar debe ser como mínimo la calculada anteriormente, más los siguientes elementos: ●
●
10 % para compensar tolerancias de llenado y de fugas en depósitos de alta o baja hasta un número de 19 depósitos. En sistemas de alta presión habrá que añadirle un 30% de la cantidad de diseño para gas residual.
Las siguientes tablas sirven para la elección del diámetro y longitud de las tuberías
3. TRES PREGUNTAS ¿Qué factores tengo que tomar en cuenta cuándo quiero instalar una red de BIE? Primero se toma en cuenta el nivel de riesgo intrínseco del edificio para saber el tipo de BIE a ocupar, después se debe de colocar una BIE a una distancia máxima de 5m de la puerta de salida de cada sector. Cada BIE tiene que estar a una distancia radial de 25m máximo. Otro factor que se toma en cuenta es que debe de mantener una zona libre de obstáculos alrededor de la BIE. ¿Qué se debe de tomar en cuenta para elegir un detector de incendios? Primero se debe de tomar en cuenta el tipo de actividad que se está realizando en el edificio, seguido se identifica el tipo de edificio, sabiendo esto ya sabremos si es necesario un sistema de detectores. Ahora que ya sabes que es necesario un sistema de detectores se debe de tomar en cuenta el área del local, la altura del local, y la pendiente del techo. Sabiendo esto ya se puede elegir el tipo de detector de tablas oficiales de la UNE-EN 54 del comité de seguridad contra incendios. ¿Cuáles son las partes de un sistema de extinción por agentes extintores gaseosos? Lo constituyen principal mente:
Botellas o depósitos de CO2 Válvulas de los sistemas centralizados ( Para botellas piloto y auxiliares) Válvulas direccionales Colector de descargas Boquillas de descarga
