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5 RED DE PROTECCIN CONTRA INCENDIO

Se ha previsto que el sistema de proteccin contra incendios para el Patio Garajepermita el funcionamiento simultneo de dos hidrantes para proteccin de laszonas exteriores o de 2 gabinetes para la proteccin de las zonas internas, con lapresin y caudal adecuado para ser operado por el cuerpo de bomberos o por unabrigada debidamente capacitada.

5.1 CRITERIOS PARA EL DISEO HIDRULICO DE LA RED

El sistema de proteccin contra incendios para el Patio Garaje de Occidenteconsiste en una red que es alimentada desde el tanque de almacenamiento pormedio de un sistema de bombeo. La red de proteccin contra incendio estconectada a la red pblica de acueducto para que el cuerpo de bomberos puedadisponer de agua en abundancia sin depender del almacenamiento previsto.

La proteccin de las zonas exteriores se realiza mediante hidrantes ubicadosestratgicamente, mientras que la proteccin de las zonas internas se lleva a cabocon gabinetes tipo III.

Toda la red ser en tubera de acero calibre 40, en las zonas externas estarenterrada a una profundidad aproximada de 90 centmetros a cota clave y seconectaran los hidrantes directamente a las tuberas, dichos hidrantes estarnubicados de forma tal que permitan el cubrimiento de todas las zonas del patio. Loshidrantes sern de base en 6" de dimetro y con dos salidas de 2-1/2"; en estasbocas se podrn conectar las mangueras de ese dimetro del cuerpo de bomberos oen casos de emergencia, mangueras de 1-1/2" que puedan ser controladas porpersonal de la Brigada de Incendios, para este efecto, se dispondr dos manguerascon acople reductor de 2-1/2" a 1-1/2" en un extremo y boquilla chorro-nieblametlica de 1-1/2" en el otro extremo. Las mangueras con todos sus accesoriospermanecern en lockers ubicados en zonas cercanas a los hidrantes y fcilmenteaccesibles.

En el primer piso de cada uno de los edificios la tubera estar enterrada a unaprofundidad aproximada de 80 centmetros a cota clave para luego subir por losduetos previstos para. alimentar los gabinetes del segundo piso. En los edificiosdonde no existe segundo piso, la tubera se instalar por el muro hasta la entregaal gabinete.

Dentro de las edificaciones los gabinetes se ubicaran en zonas de fcil acceso yvisibilidad.

Los gabinetes tipo 111consisten en una salida de 2~" de dimetro para el uso delcuerpo de bomberos, una manguera de 30 metros de longitud de 1~" pulgadas de

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G(d.t~J'~~:fi~~~,~ ,-Pg. 26 d~;'~~.'.ti '- ?,- ~ {J ~ ~dimetro para el uso de los ocupantes de la edificacin conectada a una vlvula dedimetro 1-Yz", extintor tipo ABe, llave scanner y un hacha. La manguera ser decaucho y la boquilla tipo chorro-niebla metlica.

5.2 CONSIDERACIONES PARA EL CLCULO DEL EQUIPO DE BOMBEOY DE LAS REDES.

o Un radio de cobertura de 60 m por cada hidrante, mediante el acople de dos(2) mangueras con una longitud de 30 m (100 ft) cada una.

o Todas las zonas del Patio Garaje deben quedar protegidas, no podrn existirreas o puntos muertos.

o En la atencin de un eventual incendio, puedan funcionar dos (2) hidrantes odos (2) gabinetes simultneamente.

o La administracin del Patio debe organizar y capacitar a una brigada dereaccin ante una eventual emergencia.

o El caudal adecuado que se toma para el diseo es de 250 galones por minutopor hidrante o gabinete con una presin mnima en la salida del hidrante o elgabinete de 8 O Psi.

El sistema de bombeo se calcula independiente para el sector interno y elexterno, y se escoge la condicin ms desfavorable combinando losrequerimientos de caudal y presin.

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5.3 CLCULO EQUIPOS DE BOMBEO

Caudal

O

100 392200 390250 38~

300 376400 355

ID Curva CmpM.[2.5-481-10B

Tipo dE:Curva

BOMBA iJ

Figura No 2. Curva de la Bomba Seleccionada.

La bomba principal debe suministrar 500 galones por minuto y una cabezadinmica total de 100 Psi, cuando operen los dos hidrantes ms lejanos del cuartode bombeo. Debe operarse a un mximo de 3600 RPM Y debe tener una vlvulaautomtica de purga de aire.

El motor debe ser horizontal, tipo abierto, comente alterna para 208-220/440V, de3 fases y 60 Hz. El motor debe estar capacitado para que al 115% de la carganominal no exceda ninguna proteccin, adems que cumpla con lo indicado en lasespecificaciones del proyecto elctrico. La bomba y el motor deben ser montados enuna base comn de acero y se debe verificar el alineamiento una vez se hayaninstalado.

Para mantener presurizada la red, se disea un hidroacumulador con membranade neopreno, con aire preinyectado a 90 Psi. El tanque hidroacumuladorgarantizar un volumen de compensacin por escapes y por retornos a travs delos empaques de los cheques. Su tamao debe ser como mnimo de 100 litros.

Para recargar el tanque hidroacumulador y mantener presurizado el sistema sinque se prenda la bomba principal; se instalar una bomba Jockey con capacidadde 20 GPM Y 110 Psi. La presin de arranque de esta bomba es de (80 Psi) y lapresin de parada de (110Psi).

Tanto el arranque como la parada de la bomba Jockey estarn controlados por uninterruptor de presin (presstato) instalado en una tubera que conecta la descargade la bomba Jockey con el tanque hidroacumulador, para no enviar falsas sealesal tablero de control.

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La presin de arranque de la bomba principal es de 80 Psi (56,27 m.c.a Aprox.)controlada por un interruptor de presin (presstato) y se podr parar solamente enforma manual mediante un selector instalado en el tablero de control del equipocontra incendios.

Las bombas deben estar ancladas sobre un bloque de concreto cuyas dimensionesdeben estar acordes con el tamao de los equipos y cuyo peso debe ser por lomenos el doble de los elementos que va a soportar. Para el conjunto de las bombasprincipales y jockey las dimensiones mnimas sugeridas sern 2.00m x 0.90m x0.30m.

Durante el tiempo que demore la bomba prendida sin flujo, debe operar la vlvulade alivio de r/J1" graduada en 77.37 metros columna de agua (110 psi) (verisomtrico de cuarto de bombas) para permitir el flujo de un caudal bajo que retornaa tanque.

Por otra parte, se debe hacer un control semanal del correcto funcionamiento ydisponibilidad del equipo, mediante un retorno a tanque controlado por una vlvulasolenoide de r/J 2" normalmente cerrada, programada para estar abierta 30 minutoscon un programador electrnico en el tablero de control.

Durante la realizacin de la prueba semanal (prendida y apagada automtica dela bomba principal segn programador), sta maniobra no debe interferir con laoperacin normal del sistema, en cuanto a que, s se requiere por presin laprendida de la bomba principal, sta no podr apagarse automticamente segnseal del programador

5.3.1 Caractersticas de Bombas y Accesorios

o Caudal de la bomba principal: 500 gpm. (31.55 L/ s)o Cabeza Dinmica Total: 100 Psi (70.34 m.c.a).

50HPo Potencia mnima del motor:o Dimetro de la tubera de succin: rjJ6 ".o Dimetro de la tubera de descarga: rjJ6"o Vlvula de vstago ascendente en la succin: rjJ6"o Junta antivibratoria (unin flexible ((borracha") en la succin: rjJ6"o Cheque Hydro (Descarga): rjJ6"o Vlvula de vstago ascendente en la descarga: rjJ6"

o Vlvula de pie en la succin: rjJ6"

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'v~rl . fj n 3!1o Junta antivibratoria (uninj7.exible "borracha") en la descarga: ~ 6"o Manmetro de glicerina en la succin y en la descarga (cartula de

cjJ 4") con vlvula de esfera para corte, escala de O a 300 psi.

o Tipo de motor: Elctricoo Tensin elctrica: 220-208V/ 440V trifsica.o Caudal de la bomba Jockey: 20 GPM. (1,26 1/ s)o Cabeza Dinmica Total (bomba jockey): 110 Psi (77.37 m.c.a.)o Vlvula solenoide para retomo a tanque en ~ 2" para prueba semanalo Vlvula de alivio cjJ 1" graduada en 110 Psi.

5.4 CLCULO DE LAS REDES.

Bajo las consideraciones expuestas en el numeral 3.1, se realiza el clculo conayuda del programa de computador "EPANET" que permite el balance automtico

\ de la relacin dinmica entre presin y caudal en los gabinetes o hidrantes quefuncionen simultneamente y calcula las prdidas en los diferentes tramos,preswnes en los nudos y tiene en cuenta la curva caracterstica de la bombaHvs. Q.

La distribucin de los gabinetes e hidrantes para el clculo hidrulico, ladenominacin de los nudos y tuberas se presenta en el Anexo No. 8.

En el Anexo 8 se muestran los resultados del anlisis hidrulico, para las tuberasy los nudos de la red de proteccin para un eventual incendio en los dos hidrantesms lejanos del cuarto de bombas, esta situacin constituye el evento crticopara elfuncionamiento de la red y de los equipos de bombeo.

5.4.1 Condiciones Generales para Construccin de Redes.

Los dimetros, longitudes y materiales considerados en el diseo de las redes seencuentran indicados en los planos de diseo.

La instalacin de la tubera debe efectuarse de acuerdo con lo indicado en losplanos y especificaciones respectivas, siguiendo cuidadosamente las instruccionesque sobre montaje dan los fabricantes.

Todos los tramos de la red se instalarn en tubera de acero calibre 40 de losdimetros y longitudes indicadas en los planos.


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Una vez terminada la colocacin de la tubera, sta deber someterse a revisin delinterventor para verificar su exactitud con los planos y especificaciones.

Posteriormente se proceder a ejecutar las pruebas hidrulicas

5.4.2 Prueba Hidrulica

La prueba se inicia con el llenado lento de la tubera, verificando que todos losregistros estn abiertos, seguidamente se retiran algunos tapones preferiblementelos ms altos para facilitar la salida del aire. Despus se suministra presin conequipos adecuados para tal efecto, provistos de manmetros con capacidadindicativa de 300 Psi., vlvula de cheque para sostener la presin de prueba de200 Psi. Esta presin se debe mantener durante 2 horas continuas, y debe hacersede acuerdo con lo estipulado en la norma NFPA 14 (NATIONAL FIRE PROTEC110NASOCIA 110N).

Una vez probada la red se dejar llena de agua y presurizada hasta el momentodel montaje de aparatos con el fin de localizar las posibles roturas accidentales quese presenten durante la obra.

5.5 CONSIDERACIONES DEL VOLUMEN DE RESERVA

El almacenamiento requerido para el sistema de proteccin contra incendio seestableci de acuerdo con las normas NFPA 14.

Un gabinete en funcionamiento con presin adecuada requiere un caudal de100 GPMpara la salida de 1%" que puede ser operada por personal del Patio y250 GPM para la salida de 2%" la cual debe ser operada por el cuerpo debomberos; si se considera el funcionamiento simultneo de dos (2) gabinetes, elcaudal mximo requerido es de 500 GPM.

Para tener una reserva suficiente para una (%) hora, el almacenamiento debe serde 15.000 GAL (56,79 m3).

Se debe mantener los 56.79 m3 como la reserva mlmma requerida para elfuncionamiento adecuado del sistema. El agua se toma de la red pblica deacueducto mediante la misma acometida de la red de suministro de agua potable.En caso de presentarse una conflagracin se dispone tambin de la reserva que enese momento se tenga en el tanque de almacenamiento de aguas lluvias, estareserva se puede aprovechar por la conexin existente entre los dos tanques ymediante la apertura manual de una vlvula que normalmente debe permanecercerrada.


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5.6 TANQUE DE ALMACENAMIENTO

A partir del caudal obtenido en la condicin ms desfavorable de funcionamientode la red de proteccin contra incendio, se procede a calcular el volumen del tanqueconsiderando un tiempo de reaccin del cuerpo de bomberos no supenor a30 minutos.

v = 0.03154m3 / *30min* 60 si. = 56.7m3/s mmLas dimensiones internas recomendadas son: 5,Ometros de ancho, 6.Ometros delargo y una altura de 2.20 metros con una altura de 1.90 metros de nivel de agua yun borde libre de 0.30 m. Para un volumen real de 57.00 m3.

Se instalar una tubera de 4" de dimetro en PVC con una pendiente del 1%, auna altura de 2,00 m sobre el nivel del piso del tanque, para evacuar el agua derebose en el mismo, esta estar conectada a la red de desage de aguas lluvias ytendr un detector de flujo que activar un indicador en el centro de control en ca..

Qtt~~t.-ml'

~~".,. Pg. 32 det4~,)_________________________ 7" tn: 7

6.2 CUARTO DE BOMBEO

Se considera la necesidad de instalar dos bombas de alta presin para el lavadomanual de los buses. El lavado externo se realiza de forma automtica y con losequipos de presin que trae incorporada la unidad de lavado.

Los equipos de bombeo para el lavado interno se calcularon con una cabezamxima de 350 Psi en la salida de la boquilla de lavado y con el caudal mximoinstantneo demandado.

BOMBAS

P: Potencia requerida de la bomba, HP.

Q: Caudal mximo Instantneo, (l/s)

Hs: Cabeza Dinmica Total Requerida (m.c.a)

7]: Eficiencia del conjunto bomba moto

1 gr3* 1.5 L * 246.19m

P= cm s =7.47HP';::j7.5HP76 * 0.65

6.3 TANQUE DE ALMACENAMIENTO

El lavado externo de los buses se realiza diariamente para la totalidad de la flota,es decir, para 300 buses; mientras que el lavado interno tiene una frecuenciamensual por tanto son 10 el nmero de buses que se debe lavar diariamente.

En el lavado interno de un bus se consume en promedio un volumen de 1000 litrosde agua. Para el lavado externo el consumo de agua promedio por cada bus es de500 litros.

Litros 1V = 1Obuses * 1000 = 10000/itros = 1O,Om'

bus

LitrosV = 290buses * 500 = 145000litros = 145,Om 3

bus

El almacenamiento para un da de consumo es de 155 m3.


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Dimensiones del tanque.

Para asegurar un almacenamiento para el consumo mximo diario se requiere unvolumen de reserva de 155.00 m3.

Considerando una altura de lmina de agua de 2.00 m, el almacenamiento real es;

v = 8.85m * 8.80m * 2.0m = 155.76m3

Adicionando un borde libre de 0.30m la altura total del tanque es de 2.30 m.

Las dimensiones internas del tanque de almacenamiento son 8.85 m x 8.80 m x2.30m.

6.4 ESTRUCTURA DE ALIVIO

Descripcin.

Para este caso particular se decide disear una estructura de alivio de vertederolateral. En sta, el colector de aguas interceptadas tiene la misma direccin delcolector que llega al tanque receptor y el drenaje de excesos es controlado pormedio de un vertedero lateral que tiene la misma orientacin del flujo, manteniendoel ancho de la seccin del tanque. Este tipo de alivios es poco frecuente aunquerequieren poco espacio adicional, ya que tienen lugar en el mismo sentido de loscolectores. Adicionalmente, se plantea un orificio rectangular en la pared delvertedero para la evacuacin del caudal de lavado de los primeros 15 minutos delaguacero, pues es ste el que mayor carga contaminante lleva, y no es dirigido a laplanta de tratamiento sino, evacuado a la red principal.

Respecto del diseo se tienen las siguientes aclaraciones:

Pese a que hay un caudal mximo de drenaje de 1362 ltl seg, el caudal mximotratado es de 50 ltl seg debido esto a varios factores de vital importancia para laeconoma del proyecto, en primera instancia por evaluaciones hechas conanterioridad, es ste y no ms el caudal necesario para el lavado de losautomotores segn las caractersticas ya descritas, segundo, el tamao y por endeel costo del funcionamiento de la planta para el tratamiento de estas aguas seincrementara de forma significativa y de una manera innecesaria, puesto quesegn el criterio del diseador y los clculos elaborados durante el presente diseono se hace necesaria una mayor captacin de agua para este fin.

En cuanto al excedente, ste es dirigido por la red interna de aguas lluviasconectndolo inicialmente al pozo Pg048 y por la red interna del patio garaje se

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conduce al pozo Pg005 de la red principal de aguas lluvias de la Avenida Cuidadde Cali. El diseo de la estructura para el manejo de los lodos generados en eldesarenador y el diseo de la plata de tratamiento, no estn previstos dentro delalcance de este contrato, se deben dimensionar y disear, segn las caractersticasque determine el operario.

Diseo de la estructura de alivio

En cuanto al diseo de estructuras de alivio de vertedero lateral, se conoce pocaliteratura pese a los esfuerzos de investigadores por determinar un procedimientoestndar para el planteamiento y elaboracin de las mismas, la dificultad radicafundamentalmente en que las condiciones de flujo que se presentan en este tipo devertederos son mucho ms complejas que las presentes en los vertederos normales)a causa de las complicaciones debidas a la carga variable sobre el vertedor, a ladireccin variable del flujo de aproximacin y tambin a la reduccin de la longitudefectiva del vertedor como resultado de la zona de separacin de flujo. Por lo tantorequiere de un mayor nmero de variables independientes para la descripcin delfenmeno de flujo.

Para el presente diseo se plantea la siguiente metodologa:

Segn el esquema planteadoB para el funcionamiento de la estructura dedesviacin y alivio, se plantea que la tubera de salida hacia el desarenador y laplanta de tratamiento de aguas lluvias trabaja como un orificio, se propone unvertedero para el manejo de los excesos construido de manera longitudinal a ladireccin del flujo, para el manejo del caudal que se genera en los primeros15 minutos de lluvia se propone un orificio de seccin rectangular ubicado en lapared del vertedero para conducir ste a la red principal del patio garaje y serevacuado posteriormente a la red principal de la Avenida Ciudad de Cali.

Para el dimensionaniento de la estructura se trabaja con las ecuaciones estndarde un orificio y un vertedero:

Ecuacin de un orificio.

Q = Cd * A * ~2 * g H() (14)

Donde:

8 Ver el plano 33 de la presente entrega.


Qtt~~~r:r~~~~t ... Pg. 35 de r-14~,.;~ '.~\ ,o,

Q = Caudal evacuado por la tubera de intercepcin.

Cd = Coeficiente de gasto, el cual involucra los coeficientes Ce y Cu de contraccin y

velocidad respectivamente. Para el caso que nos ocupa, Cd = 0.609

A = rea de la seccin de la tubera de intercepcin.

g = Aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2)

Ha = Se considera como el desnivel entre la superficie libre y el centro de gravedaddel tubo de salida, suponiendo para esto que la velocidad de llegada al tubo desalida es despreciable y que la presin sobre la lmina de agua esta dada por lapresin atmosfrica.

Ecuacin de un vertedero.

Q=C *L*H/12(15)

Donde:

Q = Caudal de excesos.

L = ancho del vertedero.

Hu = Altura promedio de la lmina de agua sobre el vertedero.

C = Coeficiente de descarga d el vertedero.

Para la determinacin del coeficiente del vertedero se tiene:

C = ~ * J2*i * JI = 2.952 * JI3

Donde:

9 Sotelo Avila. Hidrulica General Vol.1. Capitulo 6. Tabla 6.1. Pg. 207.


h1muta da Desarrollo UrbanoC.f!nlro O{} Documentacin'

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Ji. = Es un coeficiente de gasto que depende de la relacin entre el reacorrespondiente a la verdadera distribucin de velocidades y la parbola dedistribucin hipottica de velocidades presente en la cresta del vertederolO

Ji. debe ser de tipo experimental y prximo a 0.60 que corresponde a un orificio depared delgada.

Dado que las condiciones del presente diseo no dan para llegar hasta la etapaexperimental, se hace el diseo del alivio con vertedero lateral desde la parteconceptual que hasta el momento se maneja respecto al tema.

Luego, para efectos del diseo se tiene que el coeficiente de descarga estar dadopor:

e = 2.952 * f..l = 2.952 * 0.60 = 1.77

En consecuencia, con lo anterior, se tiene que la ecuacin del vertedero estardada por:

Q = 1.77* L * Hv312

Donde:



Hu = Altura promedio de la lmina de agua sobre el vertedero

De igual manera, con lo anterior, se tiene que la ecuacin del orificio estar dadapor:

Q = 0.60* A * ~2 * g Ha

Donde:

Q = Caudal evacuado por la tubera de intercepcin.

A = rea de la seccin de la tubera de intercepcin.

10 Sote lo Avila. Hidrulica General Vol.l. Capitulo 7. Pg. 243.

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g = Aceleracin de la gravedad (9.81 m/s2)

Ho = Se considera como el desnivel entre la superficie libre y el centro de gravedaddel tubo de salida.

A continuacin se presenta la muestra de clculo y los resultados obtenidos:

Para el diseo de la estructura se divide en tres partes el anlisis, una la parte dela tubera de intercepcin, la cual se trabaja como un orificio, otra parte en la que setrabaja el diseo del vertedero y una final en la que se disea el orificio de seccinrectangular de evacuacin del caudal de los primeros 15 minutos.


Gtt~~~ ..,..~~~. Pg. 38 de 4ilf';'.'

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Pg. 39 d~'~~.~.f)03a

Donde:

H2 = Altura de la lmina de agua justo antes de que sta entre al orificio

Ha = Se considera como el desnivel entre la superficie libre y el centro de gravedaddel tubo de salida.

() = Es el dimetro de la tubera del interceptor.

b = Altura del vertedero.

h = Altura entre elfundo de la estructura y la cota batea del tubo de salida hacia laplanta de tratamiento.

H 2 = 0.36m + ( 0.220m) - 0.40m + 0.20

H2

= 0.26m

Luego se calcula la altura promedio de la lmina de agua sobre el vertedero, Hu:

Hv= 0.60m + 0.26m = 0.43m

2

Con la ecuacin del vertedero, obtengo la longitud del mismo:

Q = 1.77* L * Hv312

L -( Q J- e * H/12


G~t~{iY~~~,~ .Pg. 40 de

GGl!~fi~t:4h~f!t~~~t '"t Pg. 41 de 44

Es necesario determinar a continuacin, el tirante total que debe existir aguasarriba de la placa, para lo cual se asume inicialmente un coeficiente de gastoCd = 0.11 (ver figura N 1) para el orificio, ahora con la ecuacin del orificiotenemos:

orificio.~ y compuertas

9 10 II 12 13 14 15 :"6

Valores de \', /"

Figura N' 1

Q = e d * b *a * ~2 * g Y

(

. )2Y. = 0.045 = O82mI 0.11*1*0.1*-02*9.81 .

Nuevamente se calcula Y1/ a = 8.2, de la ver figura N 1 se tiene Cd=O.ll quecoincide con el clculo anteriormente realizado. La carga sobre la cresta esentonces:

Hv = 0.82 - 0.30 - 0.10 = 0.42m

Como la descarga del vertedero se hace sin contracciones laterales, la ecuacin delvertedero ser:


Q(t~(llt:-tti~~~,~ P!I. i' .~. ,.""-,,""-,; ...Pg. 42 de 4~t4 rDonde:



Hv = Altura promedio de la lmina de agua sobre el vertedero

Q = 1.77* 2.60 * 0.423/2 = 1.26m3 / sg

La velocidad de llegada del caudal total ser:

Qr = 1.26 + 0.045 = 1.31m3 / sg

1.31 O /Vo = . = .60m sg2.60 * 0.82y la carga de la velocidad de llegada:

Vo 2 = 0.602 = 0.02m2*g 2*9.81

Que es insignificante respecto a Yl, siendo vlido el diseo anteriormenteplanteado. Luego la seccin del vertedero ser de 0.1 Om * 1.OOm.

Para los efectos de un mejor entendimiento del diseo se debe observar elplano N 33 de la presente entrega en donde se muestra un esquema de laestructura, el diseo final ser entregado posteriormente cuando el clculo delacero de refuerzo y los ajustes a los que halla lugar sean realizados.


G,ttm(t'itiJ;C!.~~~t~

7 BIBLIOGRAFIA

GRANADOS ROBAYO, Jorge Armando. Redes Hidrulicas y Sanitarias en Edificios.Editorial UNIBIBLOS. Colombia. 2002.

ICONTEe. Cdigo Colombiano de Fontanera NTC 1500. ICONTEe. SegundaEdicin. Colombia. 2004.

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NAUDASCHER, Eduard. Hidrulica de Canales, Diseo de Estructuras. LimusaNoriega Editores. Mxico.

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