04 Conceptos Para Diseño de Sistemas [Modo de Compatibilidad]

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Siemens Automation & Control Building Technologies

Fire ProtectionSISTEMAS DE PROTECCION POR FM-200 127-28 de Febrero del

2006

Diseño de Sistemas de FM-200

•Trabaja por inundación total, por lo que se requiere de un ambiente “hermético” usualmente debe mantenerse la concentración por 10 minutos, pero no es un requisito, según la NFPA debe ser un tiempo adecuado para que permita una respuesta efectiva por parte de personal entrenado. Cuando se indica que debe ser “hermético” es que lo ideal sería que fuera hermético, sin embargo, son tolerables pequeñas fugas por espacios entre marcos y ventanas o puertas.

•La integridad del ambiente o hermeticidad debería realizarse la prueba de presurizar el ambiente con un ventilador doble en la puerta (door fan test), el cual es especificado en el apéndice C de la norma NFPA 2001 y que debe ser realizado en todas las instalaciones nuevas, sin embargo, en nuestro país no se cuenta con los equipos para estas pruebas, por lo que en la práctica no se dan.

•Se mezcla con el aire de manera homogénea para proteger todo el ambiente, esto se logra gracias a las toberas.

•No trabaja de manera localizada.

•Según norma, el sistema debe descargarse en menos de 10 segundos para generar una cantidad mínima de sub productos al contactarse con el fuego. El tiempo mínimo de descarga debe ser de 6 segundos, por la dinámica de la descarga rápida.

•Se requiere estar certificado por fábrica para diseñar sistemas de FM-200.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200

•Pasos para utilizar un sistema de FM-200:

•Analizar el riesgo.

•Determinar la cantidad de gas necesaria.

•Determinar si es un solo sistema o si habrá un sistema de respaldo instalado.

•Selección y ubicación de toberas.

•Layout del sistema.

•Correr el cálculo hidráulico.

•Tener en cuenta las dificultades que pudieran presentarse en la instalación y mantenimiento de los sistemas.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200Análisis del Riesgo

•Definir la integridad del ambiente.

•Analizar los materiales combustibles presentes y por ende el tipo de fuego que pudiera presentarse (Clase A, B o C).

•Definir las dimensiones del ambiente.

•Evaluar temperaturas máxima y mínima.

•Tipo de ocupación (normalmente ocupado o desocupado).

•El FM-200 es adecuado para:

•Fuegos Clase A (Combustibles Sólidos) superficiales.

•Fuegos Clase B (Combustibles Líquidos).

•Fuegos Clase C (Fuegos Eléctricos), este es su mayor uso.

•El FM-200 no es adecuado para:

•Fuegos Clase A del tipo Deep Seated.

•Fuegos Clase D (Metales Combustibles) y metales reactivos.

•Algunos químicos de rápida oxidación en ausencia del aire y otros químicos especiales.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200Cantidad de FM-200

•Para ambientes ocupados, la concentración debe estar entre 6,25% y 9%.

•Para fuegos clase A debe ser mínimo 6,25%.

•Para fuegos clase B, ver tabla del fabricante.

•Para fuegos clase C debe ser mínimo 6,25%.

•Los sistemas de accionamiento únicamente manual deben tener una concentración mínima de 7,6%.

•Cuando se tienen varios riesgos, se debe considerar la concentración mayor requerida.

•Se debe considerar el volumen, la temperatura y la altura sobre el nivel del mar.

•La corrección por altitud y temperatura se obtienen de tablas o las da el software, al igual que el factor por volumen.

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2006


•Se puede quitar el volumen de objetos permanentes (vigas y columnas) pero no se puede quitar el volumen de elementos que pudieran ser retirados.

tsc

csVW

0046.0885.1100

•La concentración mínima de diseño se obtiene de tablas o de la fórmula:

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2006

• Debe realizarse una corrección por pesión si la variación de esta es ±11% de la presión barométrica normal, esto se da aproximadamente a 1 000 m.s.n.m., para esta corrección se debe utilizar la tabla 3-5.3.3 de la NFPA 2001 u obtenerla del software.

• Los efectos de la corrección por presión se dan por:– Corrección por altitud.– Áreas altamente presurizadas, para mantener el polvo fuera del ambiente.– Áreas altamente despresurizadas, para mantener ciertas partículas dentro

del ambiente.• Se debe tener en consideración que con una misma cantidad de gas, a menor

temperatura se tendrá una menor concentración y a mayor temperatura una mayor concentración, por lo que la cantidad de gas debe calcularse a la temperatura mínima esperada en el ambiente.


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Fire ProtectionSISTEMAS DE PROTECCION POR FM-20027-28 de Febrero del

2006

Ejemplo de cálculo

• Ambiente de 3,05 m de ancho, 3,05 m de largo y 3,05 m de alto.• Temperatura Ambiental Mínima = 21°C.• Fuego clase A superficial.

• Solución:

Por fórmula:

Volumen = 28,3 m3 = 1000 ft.3

t = 21°C = 70°F

s = 1.885 + (0.0046 x 70°F) = 2.207

W = (1000 ft.3 / 2.207 ) x (6.25% / 100% - 6.25%) = 30.2 lb.

Por factor de inundación de tabla:Factor de inundación

(6.25%, 70°F) = 0.0302 lb./ft.3

W = 1000 ft.3 x 0.0302 lb./ft. 3 = 30.2 lb.

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2006

• Por norma NFPA los cilindros deben de estar dentro del ambiente a proteger o lo más cerca posible de este. Esto con el fin de poder accionar de manera manual directa el sistema y que el gas llegue lo antes posible al riesgo a proteger.

• Debe considerarse el espacio, sujeción y peso de los cilindros para el lugar de ubicación.

• Se debe considerar la accesibilidad del cilindro para el momento de la instalación y mantenimiento.

• Debe considerarse la temperatura del área donde se ubique el cilindro. Para cilindros que protegen un solo ambiente, la temperatura debe estar entre 0°C y 54°C (32°F a 132°F) y cuando protejan más de un ambiente debe estar entre 15°C y 27°C (60°F a 80°F)*.

• Se debe considerar si se requiere un accionamiento explosion proof, mecánico, manual u otras consideraciones que apliquen.

* En los casos que se proteja un falso piso o falso cielo de manera adicional al ambiente principal se debe considerar como varios ambientes.

Diseño de Sistemas de FM-200Ubicación de Cilindros de FM-200

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200Toberas

•Pueden ser de 180° o de 360°.

• Los tamaños varían de ½” a 2” en medidas comerciales de tubería.

•Deben montarse de manera vertical hacia abajo.

•Se debe tener un espacio libre de 1,8 m (6’) en todas las direcciones de la descarga y de 0,30 m (1’) hacia abajo, para evitar el efecto splash, esto debido a que descarga como mezcla de gas y líquido. El splash reduce la concentración de gas, para lo cual requiere calcular una cantidad de agente adicional para compensar este efecto, la cual se calcula.

•Las toberas de 180° deben estar a 30 cm (12”) de la pared (tolerancia de 5 cm o 2”) y a 15 cm (6”) del techo (tolerancia de 5 cm o 2”) y lo más al centro posible (al menos a 1/3 de la pared). Es recomendable colocarla en la pared más grande del ambiente.

•Las toberas de 360° deben estar a 15 cm (6”) del techo (tolerancia de 5 cm o 2”) y lo más al centro del ambiente posible (al menos a 1/3 de cada pared).

•La distancia entre toberas debe ser de al menos 3 m (10’) excepto por las de 180° en el caso “back to back”, en el cual deben estar separadas entre 30 y 60 cm (1’ y 2’), en este caso, ambas deben descargar la misma cantidad de gas.

•Usualmente cada tobera descarga hasta 200 lbs. salvo que se verifique con el cálculo correspondiente, caso contrario probablemente no descargue en 10 segundos.

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2006


•Las toberas tienen una cobertura de 40’x44’.

•Pueden descargar hasta una altura de 16’ en una hilera y 30’ en 2 hileras (UL).

•La altura mínima es 1’ para UL o 6” para aprobación de fábrica, pero en este caso, la cobertura se reduce a 25’x25’.

•Al momento de colocar as toberas se debe considerar el área de cobertura y l cantidad de gas que se va a descargar, tomándose la más desfavorable de las dos.

Wid

th (W

)

Length (L)

1/3 L 1/3 L 1/3 L

1/3 W

1/3 W

1/3 W

Acceptable 180 degree nozzle location

Wid

th (W

)

Length (L)

1/3 L 1/3 L 1/3 L

1/3 W

1/3 W

1/3 W

Acceptable 360 degree nozzle location

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2' (Min 1')

Imaginary boundary

d

d

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2006


•Las toberas descargan el FM-200 en una combinación de gas y líquido, esto es debido a que al estar almacenado como líquido, se va gasificando en la tubería y se termina de gasificar al momento de ser descargado en el ambiente.

•Cuando hay obstrucciones a menos de 1,8 m (6’), se produce un efecto conocido como splash, para lo cual se debe considerar una cantidad adicional de gas para compensar estas “pérdidas”.

•La presión mínima requerida por UL 2166 es de 74 psi en la descarga (antes era de 70).

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Min 6' Min 6'

Min 6'

Min 6'

Min 6'

Min 6'

Min 6'

Min 10'

Min 10' Min 10'

Min 10'

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Layout del Sistema

•Hay sistemas de Pre-Ingeniería (uso muy limitado) o sistemas de Ingeniería, que son los más comunes, pueden ser sistemas balanceados o desbalanceados.

•Los sistemas de pre-ingeniería se basan en pruebas realizadas.

•Los sistemas de pre-ingeniería solamente pueden ser utilizados para sistemas balanceados.

• Los sistemas de pre-ingeniería solamente pueden utilizar en condiciones limitadas y con cilindros de hasta 350 lbs.

•Para los sistemas de pre-ingeniería, se calcula la cantidad de gas requerida y se selecciona el cilindro, en base a la arquitectura del cuarto se ubican las toberas y se seleccionan de las configuraciones del sistema propuestas en el manual del fabricante, considerando las recomendaciones y limitaciones que este da.

•Los sistemas de ingeniería permiten la protección de ambientes desbalanceados, requieren del cálculo por software para verificar o corregir los diámetros y recorridos de tuberías, así como verificar los flujos y seleccionar las toberas.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Layout del Sistema

•Permite la protección de riesgos múltiples con un solo sistema.

•Usualmente un sistema no protege más de 4 sistemas. Para mayor cantidad de ambientes es necesario correr el cálculo.

•Para múltiples riesgos se debe verificar que cada uno tenga la concentración mínima.

•Se debe verificar las consideraciones de diseño del fabricante en cuanto a porcentajes de flujo en las “T”, espaciamientos entre cambios de sentido, direccionamiento de las entradas y salidas del gas, concentración antes de la primera “T” (de existir), cantidad de agente total dentro de la tubería, tiempo de llegada entre la primera y última tobera (en caso de haber más de una) entre otras consideraciones.

•En la orientación de las “T”, se debe considerar que la entrada puede ser vertical u horizontal, mientras que las dos salidas tienen que ser horizontales.

•Se debe tener en cuenta la consideración de la regla de los “15 diámetros” cundo las salidas de las “T” alimenten ambientes diferentes. Esta regla especifica que la distancia entre una “T” y el cambio de dirección más cercano debe ser al menos 15 veces el diámetro nominal de la tubería.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Distribución en las “T”s

•En la “T” ciega (bull tee), la distribución de gas en la salida (porcentualmente) va de 50/50 como mínimo a 70/30 como máximo.

IN

OUT OUT

SIDE OUTLET(10 - 30)

IN RUN OUTLET(70 - 90)

•En la “T” lateral (side tee), la distribución de gas en la salida (porcentualmente) va de 70/30 como mínimo a 90/10 como máximo.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Layout de Tubería

•El tendido de la tubería se debe simplificar al máximo debido a que el FM-200 es un agente muy complicado para fluir.

•Se debe considerar la soportería necesaria.

•Se debe evitar, dentro de lo posible, las obstrucciones en el recorrido y la descarga.

KIDDE KIDDE KIDDE

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2006


•La máxima diferencia de elevaciones entre el punto más alto y el más bajo del sistema es de 9,1 m (30’), esto incluye la base del cilindro.

•Pese a que cada línea de toberas pueda tener hasta 4,9 m (16’) de altura, la máxima altura que pueden tener 2 hileras también es de 9,1 m (30’).

Max 4,9 m (16’)

Max 4,9 m (16’)

Max 30’

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2006


•El porcentaje de gas dentro de la tubería no podrá superar el 80%. Este valor es la cantidad de agente del sistema que se requiere para llenar el volumen de la tubería.

•Este porcentaje es una función de la cantidad de agente, la longitud y diámetros de las tuberías.

•El porcentaje de agente antes de la primera “T” es la cantidad comprendida entre la salida del cilindro y la primera “T”. Esta cantidad está en función del porcentaje de agente en la tubería y se obtiene de tablas del manual del fabricante.

•El tiempo de desbalance de llegada, es la diferencia entre que el agente llega a la primera y a la última tobera, siendo este de 0,8 segundos como máximo.

•El tiempo de desbalance de finalización, es la diferencia entre que el agente termina de llegar a la primera y a la última tobera, siendo este de 2,0 segundos como máximo.

•Los diámetros de las tuberías pueden ser estimados en base a las tablas del fabricante, las cuales se basan en un flujo de la cantidad de gas (masa) dividido entre 6 y 10 segundos. Estos diámetros pueden ser ajustados por el software.

•Las tuberías para un sistema listado deben ser desde ½” hasta 6”, siendo los tamaños de las toberas de ½” a 2”. El software permite tubería menor a ½” pero no es un sistema listado.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Consejos y Consideraciones

•Para una rápida aproximación de la cantidad de FM-200 en libras se debe multiplicar el volumen en m3 por un factor de 1,07 lbs/m3 para una concentración de 6,25%.

•Si el ambiente a proteger es demasiado grande, se debe considerar la alternativa de utilizar varios sistemas accionados simultáneamente o un sistema ADS.

•Cuando se protejan más de 4 ambientes, debe considerarse la opción de utilizar varios sistemas ECS o un sistema ADS.

•De acuerdo a la norma NFPA 2001, sección 3-5.3.1, se debe añadir una cantidad de gas adicional por cada “T” (valor dado en la tabla 3-5.3.1de la NFPA 2001).

•Cuando se proteja más de un ambiente con el mismo sistema es recomendable considerar el diseño con una concentración de 6,5% o superior, como alternativa a esto se puede añadir una libra de FM-200 por cada ambiente adicional al primero a proteger. Esto permite balancear el sistema.

•Cuando se proteja un ambiente con varias toberas, se debe diseñar de tal manera que cada tobera descarga la cantidad proporcional al volumen del ambiente que va a proteger. La desviación máxima aceptable en la cantidad de agente por cada tobera es de 5% de la cantidad que debe descargar.

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Consejos y Consideraciones

Imaginary boundary

22 26

36

24

Volume 1 = 7,524 cu ftAgent Required = 256.6 lb

Volume 2 = 5,928 cu ftAgent Required = 202.2 lb

Height = 9.5 ftMin Ambient Temp = 70°FMin Design Concentration = 7.0%

256.6 lb- 12.8 lb243.8 lb

202.2 lb+12.8 lb215.0 lb

256.6 lb+10.1 lb266.7 lb

202.2 lb- 10.1 lb192.1 lb

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2006

Diseño de Sistemas de FM-200 (ECS)Diseño de Manifold

•El manifold permite conectar una batería de cilindros a una sola tubería de descarga, así mismo, permite conectar un cilindro o batería de cilindros principales y de reserva a la misma tubería de descarga.

•El tamaño de los cilindros y la cantidad de gas con que se llenen deben ser iguales para todos los cilindros que pertenezcan a un mismo manifold. Este es un requerimiento de la norma NFPA 2001 sección 2-1.4.5 (a).

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2006


•Existen varias configuraciones de manifolds:

•Manifold con salida al extremo (End Manifold), en los cuales, la salida puede estar a cualquiera de los lados de los cilindros, permite cualquier número de cilindros pero no permite montar un sistema de reserva en este manifold.

•Manifold con salida al centro (Center Manifold), en los cuales, la salida está al centro de los cilindros, solamente permite un número par de cilindros, permite montar un sistema de reserva en este manifold, la cantidad de cilindros a cada lado debe ser la misma.

•Manifold en “H” (H-Manifold), en los cuales, la salida está al centro de los cilindros, solamente permite un número de cilindros múltiplo de 4, permite montar un sistema de reserva en este manifold, la cantidad de cilindros a cada lado debe ser la misma, los cuales están en un patrón tipo H.

•El tipo de manifold debe incluirse en el software de cálculo.

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Manifold con Salida al extremo

Manifold con Salida al centro

Manifold en H

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2006


•Cuando un cilindro esté conectado a un manifold, este debe llevar una check para evitar que el gas fugue por la conexión de este en caso que se de una descarga cuando este ha siso retirado, en especial para mantenimiento. Este es un requerimiento de la norma NFPA 2001 sección 2-1.3.5.

•Las check se usan para aislar los cilindros. Deben considerarse en el cálculo.

•Normalmente se usan las tipo El-check o swing, las cuales no son completamente herméticas.

•Cuando se tienen las siguientes 3 condiciones se requiere una válvula check hermética: Cilindros principales y de reserva conectados, varios cilindros, el cilindro maestro es un cilindro de FM-200. Sin embargo siempre es recomendable colocar válvulas para separar las baterías principal y de reserva.

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KIDD KIDD KIDDKIDD KIDDKIDDKIDD KIDD

Tipos de Manifold Principal/Reserva, Esclavo/maestro, Sin Válvulas Check

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KIDD KIDD KIDDKIDD KIDD KIDD KIDDKIDD

Tipos de Manifold Principal/Reserva, Esclavo/maestro, Con Válvulas Check

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KIDD KIDD KIDDKIDDKIDDKIDDKIDD KIDD

Tipos de Manifold Principal/Reserva, Actuación por Piloto de Nitrógeno, Sin Válvulas Check

04 Conceptos Para Diseño de Sistemas [Modo de Compatibilidad]

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