CAPTULO5 5.DISEODELSISTEMACONTRAINCENDIO BASADO EN NORMAS NFPA 5.1.Anlisis de Riesgos Existentes. El objetivo principal de este anlisis es determinar los factores ms influyentesenlagravedaddelosaccidentesquepodranafectar las instalaciones, la continuidad de las operaciones de laEmpresa y las personas que trabajan en ella y sobre todo poder desarrollar unsistemadeproteccincontraincendiosparaminimizarel potencial peligro en caso de accidentes. Por tanto, para poder decidir si un tipo de riesgo es aceptable, se requiereestimarsumagnitud,porloqueserequiererealizarun anlisissistemticoylomscompletoposibledetodoslos aspectosqueimplica.Setratadeestimarelniveldepeligro 195 potencialdelaactividadqueserealizaenlaAgenciaparalas personas, el medio ambiente y los bienes materiales. Comoprimerpasoparaesteprocedimientosedebirealizaruna inspeccintcnicaminuciosaa lo largodetodaslasinstalaciones delaEmpresaparadeestamaneraestablecereltipoderiesgo existente,tomndoseencuentafactorescomosonprotecciones existentes,organizacindelaseguridad(ordenylimpieza, manipulacin y almacenamiento de materiales, prohibiciones, etc.), proteccionesexternascomoCuerpodeBomberosmscercano, entre otros. LaEmpresaseencuentradistribuidaosectorizadaenlas siguientes reas: Oficinas Administrativas Galpnparaalmacenamientoenestanterasdeproductos terminados. Bodegas adicionales Parqueo cubierto y patioDuchas, vestidores y baos Comedor Cuarto de panel elctrico 196 EnelplanoseobservaladistribucindelaEmpresayse ilustraelSistemaContraIncendioparalossectoresms delicados. Ver anexo Plano 2 Porlasinspeccionesrealizadasyevaluandoelriesgo basndoseenlasdefiniciones queestipula lanormaNFPA 13 sobre la cantidad y la combustibilidad de los contenidos, lastasasdeliberacindecaloresperadas,elpotencialde liberacindeenerga,laalturadelasestanterasde almacenamientoylapresenciadelquidosinflamablesy combustibles,sepudodeterminarqueelreademayor riesgoesladelgalpnparaalmacenamientodeproducto terminado,porconsiguienteselodefinecomoRiesgo Ordinario Tipo II Las caractersticas del mismo son: Altura del techo: 4.5 6.0 m Altura de almacenamiento: 4.0 5.0 m (piso) rea de construccin: 4200 m2 Tipodematerial:cajasconproductoyotros materiales de embalaje 197 5.2.Mtodo de Extincin a Aplicarse. DeacuerdoalasnormasdePrevencinySeguridadContra Incendios establecidas por el Benemrito Cuerpo de Bomberos de Guayaquil,serecomiendacomoSistemadeDefensaContra Incendiosunomixtocompuestodeunapartehidrulica (bocatomasyrociadoresautomticos)yotraabasedeextintores (extintores manuales y sobre ruedas). 5.3.Seleccin del Tipo de Sistema de Rociadores Automticos. En este proyecto se seleccion el sistema de tubera hmeda que esunsistemaderociadorescerradosenelcuallosramalesde tuberaestnnormalmentellenosdeaguaapresin.Trasla operacindelelementofusibledeunoomsrociadores,elagua es descargada inmediatamente en el rea protegida. Esunsistemaqueporsusencillezyrapidezdeactuacines altamente confiable y requiere poco mantenimiento 198 FIGURA 5.1 ESQUEMA DE CONEXIN DE SISTEMA DE TUBERA HMEDA 5.4.DeterminacindelCaudalrequeridoyClculodelcabezal dinmico total. Paradeterminarelcaudalnecesarioprimerosecalculaelreaa proteger. En el anlisis de riesgo que existen, se determin que el rea a proteger por sistema de rociadores automticos es el galpn para almacenamiento de producto terminado. El caudal requerido ser el necesario para abastecer el sistema de rociadoresmselcaudaldeunabocatomacontraincendio equipado. Densidad y rea de diseo Elreadelgalpndestinadaparaelalmacenamientoen estanteras para producto terminado se determin en 216 m2 (2325 199 ft2) y con el tipo de riesgo establecido (Riesgo Ordinario Tipo II) se calcula la densidad de aplicacin la cual viene dada en galones por minuto y por pie cuadrado (gpm/ft2)(figura 3.1) ParalacurvadelgrupoOrdinarioIIseobtienequeelcaudalde agua necesaria en la red de rociadores automticos es: = Donde: Q = caudal necesario en la red de rociadores (gpm) A = rea de operacin de los sprinklers (m2 ft2) = densidad (gpm/ft2) = 23252 0.1835

2 = 426.64 Se considera normalmente que la presin para obtener una accin eficaz del caudal de un rociador es de 7 psi (48 Kpa); se selecciona unrociadorabiertoestndardeconunaconstantekde5.6y una presin de 10 psi, el caudal de cada rociador es: = = 5.6 10 = 17.71 200 Tomandoencuentalosdatosobtenidossecalculaelnmerode rociadoresnecesariosparaprotegerelreadealmacenamiento establecida,elclculose realizaenbasealtipode riesgoqueen este caso corresponde a Riesgo Ordinario, alrea de operacin y el rea de cobertura de cada rociador. # = # =216 212 2 # = 18 Senecesitan18rociadoresparacubrirelreadeoperacin establecida. # =1.2

Donde: A = rea de operacin (m2) S = distancia mxima entre rociadores (m2) # =1.2216 24 # = 4.4 Sedeterminaqueelsistemaestformadopor3ramales,cada ramal compuesto por 6 rociadores automticos. 201 Al caudal necesario para abastecer los rociadores se debe agregar elcaudalrequeridoparaabasteceralmenosungabinetecontra incendio: por lo tanto el caudal necesario para proteger el rea de almacenamiento es: Caudal necesario para los rociadores141.67 gpm Caudal necesario para un monitor Tipo III250.00 gpm Caudal Total Requerido391.67 gpm ClculodelaPotencia delmotordelaBombaparaGabinete Contra Incendio ms alejado Paraladeterminacindelapotenciadelmotordelabombaque serempleadoenelsuministrodeaguaparaelgabinetems alejado de la bomba, se aplicar la siguiente frmula:

=

Considerando que en las operaciones existen rangos de eficiencia, sedeterminarportanto,lapotenciareal,considerandolo siguiente:

=

%

Donde: % = eficiencia HB = altura dinmica (carga de trabajo de la bomba) = densidad del agua 202 g = coeficiente de gravedad QT = caudalDe estos datos se determinarn el caudal (QT) y la altura dinmica o carga de trabajo de la bomba (HB). Para la determinacin del caudal se considerar el caudal obtenido paraunamangueraporelnmerodemangueras requeridaspara atencin de emergencias al interior de la Empresa.

= #

= 150 1

= 150

= 0.00945

3

Paraladeterminacindelaalturadinmicaseemplearla frmula siguiente:

=

+

2

+

222+2 -

1

+

122+1 Donde: hftotal = prdida de carga (m) P2 = presin en la salida de manguera = 65 psi = 448155.3 N/m2 V2 = velocidad de flujo de agua a la salida de la manguera Z2 = altura de gabinetes respecto a la bomba = 1.6 m P1 = presin en el nivel de toma de agua en la cisterna = 0 psi 203 V1 = velocidad de flujo de agua en la cisterna = 0 m/seg Z1 = altura toma de agua en cisterna respecto a bomba = -2.5 m = densidad del agua = 1000 kg/m3 g = coeficiente de gravedad = 9.8 m/seg2 Paraelclculocorrespondienteserequieredeterminar previamente,lavelocidaddeflujodeaguaalasalidadelos rociadores(rociadormsalejadodelabomba)[V2]ylaprdida de carga en el recorrido del agua por la tubera [hftotal] Para el clculo de la velocidad de flujo de agua a la salidade la manguera se emplear la siguiente frmula: = 2 Donde: Q = caudal en el extremo de la manguera (m3/seg) A = seccin interna de la tubera (m2)

2=

24= 0.00945

4 (0.0627)2= 3.06

Para la determinacin de la prdida de carga en el recorrido del agua por la tubera se emplear la siguiente frmula:

= (

22)2 204 Donde: f = coeficiente de friccin Leq = longitud equivalente (m) = dimetro interior real de la tubera (m) V2 = velocidad de flujo de agua de la manguera (m/seg) g = coeficiente de gravedad (m/seg2) Paraconocerlaprdidadecargatotal,serequerirdeterminar previamente, tanto el coeficiente de friccin de la tubera como la longitudequivalentedelatuberadesuministrodeaguadelos rociadores, que son datos an sin determinar. Elcoeficientedefriccin(f)sedeterminarapartirdel nanogramaFactordefriccinenfuncindelnmerode Reynolds con Rugosidad Relativa como parmetro, para lo cual senecesitaconocerpreviamente,tantoelnmerodeReynolds (NRE), como la rugosidad relativa (E/D) de la tubera. ParaelclculodelnmerodeReynoldsseemplearlasiguiente frmula:

= 2

205 Donde: = dimetro interior real de la tubera (m) V2 = velocidad del agua de la manguera (m/seg) = densidad del agua (kg/m3) = viscosidad = 0.001 cp (centipoise)

= 0.06273.06

1000

30.001

=191899.74 = 1.918 105 Larugosidadrelativa(

)sedeterminaapartirdelnanograma RugosidadRelativaenfuncindeldimetroparatubosdevarios materiales. (Ver Apndice 1). Considerandoqueparasuministraraguaalosrociadoresse emplear tuberas de acero comercial se determina: (

) 0.000797 ConlosdatosobtenidosparaelNREyla(

)seempleael DiagramadeMoody(VerApndice2)paradeterminarel coeficiente de friccin, observando que: = 0.0205 206 Lalongitudequivalentedelatuberaestcomprendidaporla longituddelatuberalinealylalongitudequivalentedelos accesorios que participan en la lnea de suministro de agua.

= + = = 212.93 AccesorioCantidadLeq (ft)Leqtotal (ft) Codo 90 x 41110110 Codo 90 x 34728 Vlvula mariposa 442288 Long. Equiv. Accesorios226 (68.88m)

= 212.93 + 68.88

= 281.81 Con estos datos se determinar la prdida de carga total

= (

22)2

= (0.0205 281.81 3.062)2 0.0627 9.8

=44.017 Conestosdatossedeterminarlaalturadinmicaocargade trabajodelabomba(HB),apartirdelasiguientefrmula,enla que se han excluido las variables con valor cero. 207

=

+

2 +

222 +21 Reemplazando los siguientes datos:

= 44.017 m P2 = 448155.5 N/m2 = 1000 kg/m3 g = 9.8 3/seg2 V2 = 3.06 m/seg Z2 = 1.6 m Z1 = -2.5 m

= 44.017 + (448155.5

21000

39.8

2) +((3.06

)229.8

2)+(1.6(2.5))

= 94.32

= 133.99 Clculo de la Potencia del motor dela Bomba

=

= 94.32 1000

3 9.8

20.0246

3

= 22738.66 2

3 Considerando la equivalencia de 1HP=745W = 22738.66745= 30.52 208 Eficiencia de la Bomba = 60% Potencia real del motor dela Bomba:

= 33.80.60= 50.86 5.5.Dimensionamiento de la Red de Tuberas. Eneldiseodelareddedistribucindeberntenerseencuenta los siguientes requerimientos: Eldimensionamientodelaredprincipaldetuberasserel resultado del clculo hidrulico correspondiente, considerando comocaudaldediseoelrequeridoenlaseccin,obloque con mayor demanda. En el clculo hidrulico, normalmente se utilizaunacombinacindelosmtodosdeDarcy-Weibachy Hazen-Williams, con C= 120 para tuberas de acero comercial. La velocidad del agua en las tuberas principales de la red de distribucin, no ser mayor de 3 m/s (10 pie/s). Latuberaprincipaldelarednoserdedimetroinferiora 102.3 mm (4 plg). Las tuberas principales de la red de agua contra incendios, se instalarna800mmdelniveldelterreno,convenientemente soportadosyancladosdeacuerdoanormasyprcticas aprobadas de ingeniera. 209 La mxima presin de trabajo admisible en cualquier punto de lared,nosermayorde0,5kg/cm2(150Ib/plg2).Eneste sentido y en funcin de la curva caracterstica de la bomba, se requerirelusodevlvulasderecirculaciny/oalivioenla descargadelasbombas,queimpidanlasobrepresurizacin del sistema en caso de bajo caudal. Las tuberas sern de acero al carbono, segn ASTM A-53 Gr. B, SCH 40 como mnimo. Sedeberprestarespecialatencinalaproteccindel sistemadetuberasfrentealacorrosin,tantointernacomo externa. Noseinstalarnconexionespermanentesalareddeagua contraincendio,parausosdiferentesaldecombatede incendios. Enlareddeaguacontraincendio,podrninstalarse manmetrosubicadosensitiosestratgicos,conelfinde facilitarencualquiermomentolarpidacomprobacindela presin en el sistema. Las tuberas de la red de agua contra incendio se pintarn de color rojo de seguridad 210 5.6.Seleccin de Rociadores. Se considera normalmente que la presin para obtener una accin eficazdeunrociadoresde48kPa(7psi).Enestecasoseha seleccionandounrociadorabiertoestndarconundimetrode rosca,tipoNPT,conunaconstantede5.6yunapresinde salidade10psi,elcaudaldecadarociadorsermnimo17.71 gpm. FIGURA 5.2DESCARGA DE AGUA DE UN ROCIADOR DE Y 17/32 DE ORIFICIO NOMINAL Fuente: Manual de Proteccin Contra Incendio Fig. 5-12E En el Apndice 3 se adjunta informacin del rociador abierto que sehapreferidoparaeltipoderiesgoquesemanejaenla Agencia. 211 5.7.Seleccin de Extintores. Antes de la eleccin de un extintor es importante saber: La naturaleza de los combustibles presentes. Lascondicionesambientalesdellugar dondevaasituarse el extintor. Quin utilizar el extintor. Siexistensustanciasqumicas,enlazona,quepuedan reaccionar negativamente con el agente extintor. Cuando se elija entre distintos extintores, debe considerarse: Si es eficaz contra los riesgos especficos presentes. Si resulta fcil de manejar. El mantenimiento que requiere. El potencial usuario del extintor no debe salir lesionado por haber elegido en plena emergencia un extintor equivocado. El potencial usuario, en elmomento del problema, no debe pensarenlaseleccinadecuadadelextintor,sino solamente en usarlo. Porejemplo,NOsedebecolocarenelmismopuestoun extintordepolvoABCyunodeaguapresurizada, exteriormenteyasimplevistasoniguales,estopuede 212 hacerqueelusuariotomeporequivocacino desconocimiento,elextintordeaguaparaapagarelfuego que se est desarrollando en un tablero elctrico. PorloanteriormentedescritoseseleccionaelExtintordePolvo Qumico Seco Tipo ABC por las siguientes propiedades: Cuandosedescargaunequipocontraincendiosdepolvo qumico seco sobre un incendio el fuego se apaga de forma prcticamente instantnea. Lospolvosqumicosqueseutilizanactualmenteenlos extintoresPQSnosontxicosaunquepuedencausar problemaspararespirarydificultarlavisibilidadduranteo inmediatamente despus de su descarga. Cuandoseutilizaunextintordepolvoqumicosecosobre uncombustibleslidoenllamassecreaunresiduo pegajosoquecubreelcombustibleaislndolodeloxgeno del aire e impidiendo as la combustin.El principal uso de los extintores depolvos qumicos secos PQSesparaextinguirfuegos producidosporcombustibles lquidos.Otradelaspropiedadesdelospolvosqumicos secosesquenosonconductoresdelaelectricidadporlo 213 quetambinestnrecomendadosparasuutilizacinen incendios elctricos. LosmatafuegosdepolvoqumicoABC,tienenunalcance aproximadode6metros.Elconservarlascorrectas distanciasdeactuacinfrentealfuego,facilitasucontrol conunamayoreficaciayseguridad.Deberecordarse adems,quegeneralmenteladescargadeunequipo extintor manual, est alrededor de los 50 segundos. Caractersticas tcnicas: Extintordepresincontenida,abasedePolvoqumico seco ABC al 75% de fosfato mono amnico de 6 Kilos.soncargadosconpolvoqumicoseconormadoabasede fosfatomonoamnicoconefectividadenfuegostipoa-b-c, loqueloshaceindispensablesenoficinas,almacenes, fbricas,vehculos,gasolinerasysitiosriesgoaltode incendio. Cilindro fabricado en lmina calibre 14 rolada en fri.Acabado en pintura horneada de alta resistencia color rojo, resistentealacorrosinyalaintemperie.Recomendado 214 parausosenoficinas,fabricas,almacenes,bodegas, comercios, industrias, etc.Vlvula de fcil operacin fabricada en perfil de aluminio.Manmetro indicador de presin. FIGURA 5.3EXTINTOR PQS TIPO ABC Ladistribucindelosextintoresportodalainstalacindela Empresa se la realiz considerando: Elequipoextinguidordebecolocarseensitiosdeacceso inmediato en caso de Incendio. Elextinguidordebemontarseanomsde1,5msobreel piso. 215 Todo el equipo extinguidor debe colocarse de tal modo que quedeperfectamentevisible.Nuncadebecolocarsefuera del campo visual de las personas. Estn cerca de los trayectos normales de paso. Estn cerca de entradas y salidas. No sean propensos a recibir daos fsicos. 5.8.Seleccin de Cajetines o Gabinetes Contra Incendio. Para minimizar y controlar emergencias se dispuso de 11 cajetines contraincendiodentrodelasinstalacionesdelaEmpresa, uniformementedistribuidosentreelreadealmacenamientode productos, oficinas administrativas, reas de parqueo y bodega de repuestos. LoscajetinesseleccionadossondelTipoIIIconsurespectiva mangueradeextensinflexibledeltipousadoporlosbomberos paraunapresinde65psiensusextremos,loscualesestn adosadosalasparedesperimetralesalinteriordelaAgencia,en posicinestratgicadetal formaquepermitanatenderycombatir con eficacia una emergencia que se presente en cualquier lugar de la instalacin. 216 FIGURA 5.4ESQUEMA GABINETE CONTRA INCENDIO TIPO 3 Gabineteparaequipocontraincendiofabricadoenlmina coldrolledcal0.20de75x75x25cm(altoancho fondo)desobreponer,terminadoenpinturaelectrosttica roja, con vidrio. Vlvula angular tipo globo en bronce de 1 x 1 NPT x NH (hembra macho). Vlvula angular tipo globo en bronce de 2 x 2 NPT x NH (hembra macho). Tramodemanguerade1x100pies(30metros) acoplada,compuestadeuntejidoexterior 100%polistery un tubo interior en caucho sinttico, presin de servicio150 psi,presindeprueba300psi,presinderotura500psi, cumple norma de fabricacin y mantenimiento NFPA 1961 y 1962. 217 Boquilladechorroynieblade1enpolicarbonato, certificada UL. ExtintordepolvoqumicosecoABCde10librasde capacidad. 5.9.Seleccin del Sistema de Bombeo. Enlosclculos realizadosse determinuncaudalnecesariopara elsistemacontraincendiosde400GPM,setomaencuentaque lasbombascontraincendiosestndiseadasparasatisfacerun 150% del caudal total requerido. Labombaseleccionadaparaelsistemacontraincendio, conociendoquesecuentaconunacisternacomoreservoriode agua, es una bomba centrfuga tipo vertical en lnea. Las caractersticas de la bomba seleccionada se encuentran en los Apndices 4 y 5. Bomba Jockey La bomba jockey debe mantener la presin deseada en el sistema, sehadeterminadoquesucapacidadvariarentreel1al5%con 218 respectoalacapacidaddelabombaprincipal,porlotantoel caudal de la bomba jockey es: = 3%

= 3% ( 400 ) = 12 Lapresindelabombajockeyseconsidera10psimsquela presinde labombaprincipal,por lotanto lapresinserde145 psi. LascaractersticasdelaBombaJockeyseleccionadase encuentran en los Apndices 6 y 7. Equipo Motriz y Tablero de Control de la Bomba Principal Seconsiderelsistemadebombeoconmotorelctrico220V tensin trifsica. El tablero de control de una bomba contra incendio est diseado de tal manera que asegure que el equipo entregue su vida tcnica en presencia de un siniestro. El tablero de control integra un control electrnico montado sobre un circuito impreso y encapsulado para protegerlodelahumedadqueexistesiempreenloslugareso zonas donde se instalan los tableros. 219 Este control arranca el motor de acuerdo a la seal que recibe del interruptor de presin, bsicamente el control electrnico es el que operaelsistemaenposicinautomtico,recibelasealdelos electrodosdelcabezaldelsistemamandandolasrespuestasde salida de arranque o paro del sistema, segn la condicin en la que est, por lo tanto ser importante que en la instalacin se observe concuidadolasindicacionesparaelcorrectofuncionamientodel sistema. Lostablerosdecontroldelosequiposdebombeoconmotores elctricos contarn con los siguientes elementos: Tarjeta de poder con transformador, con relays de salida Breakers Contactores Vlvula selenoide Transductor de presin Pantallafluorescentedeinterfasecon80caracteres montadaenlapuerta,botonesdecontroltipomembranay leds indicadores de fcil lectura. 220 Tarjeta de control lgico con software de protocolo y puerto USB. Menparaconfiguracindeparmetrosdeoperacin, protocolo de pruebas. FIGURA 5.5 TABLERO DE CONTROL BOMBA PRINCIPAL CONTRA INCENDIO TABLERO DE CONTROL DE LA BOMBA JOCKEY LaBombaJockeyseencargademantenertodoelsistema presurizado y compensa en caso de pequeas fugas en el sistema. Loscomponentesstndarddeuncontroladorparaunabomba jockey son los siguientes: Breakers Contactor 221 Rel trmico Transductor de presin FIGURA 5.6 TABLERO DE CONTROL BOMBA JOCKEY