GUÍA PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO DE REDES DE PROTECCIÓN ...
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1 GUÍA PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO DE REDES DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS, ENFOCADO EN EL AGUA COMO AGENTE EXTINTOR. MICHAEL STIVEEN PALACIO CELIS UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C 2021
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GUÍA PARA EL DISEÑO HIDRÁULICO DE REDES DE PROTECCIÓN CONTRA
INCENDIOS, ENFOCADO EN EL AGUA COMO AGENTE EXTINTOR.
MICHAEL STIVEEN PALACIO CELIS
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL
BOGOTÁ D.C
2021
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Tabla de contenido
1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................... 4
2. IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS CONTRA INCENDIOS .................................. 5
3. EJEMPLO ........................................................................................................................ 6
3.1 DESCRIPCIÓN DEL EJEMPLO ............................................................................ 6
3.2 ÁREAS A PROTEGER ........................................................................................... 7
3.3 TRAZADO DE LA RED ......................................................................................... 8
3.3.1 Gabinetes ........................................................................................................... 9
3.3.2 Rociadores ....................................................................................................... 10
3.4 CRITERIOS HIDRÁULICOS DEL SISTEMA DE ROCIADORES ................... 12
3.4.1 Oficinas administrativas, pasillos y áreas comunes del centro comercial. ..... 15
3.4.2 Parqueaderos del sótano .................................................................................. 18
3.5 DISEÑO DEL SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS Y
CONEXIONES DE MANGUERAS................................................................................. 19
3.5.1. Cálculos hidráulicos ........................................................................................ 20
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Clasificación de riesgo .......................................................................................... 8
Tabla 2. Áreas del proyecto .............................................................................................. 13
Tabla 3. Requisitos de asignación para chorros de mangueras y duración del suministro de
agua para sistemas calculados hidráulicamente. ................................................................... 17
Tabla 4. Tabla resumen para oficinas, pasillos y zonas comunes del centro comercial. .. 17
Tabla 5. Tabla resumen para parqueaderos del sótano. .................................................... 18
Tabla 6. Características de rociadores automáticos .......................................................... 19
Tabla 7. Diámetros de la tubería de acero......................................................................... 21
Tabla 8. Presiones y caudales calculados hidráulicamente. .............................................. 24
LISTA DE ECUACIONES
Ecuación 1. Ecuación de Hazen-Williams. ..................................................................... 22
Ecuación 2. Ecuación de Hazen-Williams (SI). .............................................................. 22
Ecuación 3. Ecuación de Darcy-Weisbach. .................................................................... 23
Ecuación 4. Ecuación de presión de velocidad. .............................................................. 23
Ecuación 5. Ecuación de presión normal. ....................................................................... 24
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Gabinete Clase III ........................................................................................... 10
Figura 2. Sistema en bucle .............................................................................................. 11
Figura 3. Sistema de rociadores en malla ....................................................................... 12
Figura 4. Sistema de rociadores en árbol ........................................................................ 12
Figura 5. Ejemplos de área de mayor demanda hidráulica. ............................................ 14
Figura 6. Ejemplos de área de mayor demanda hidráulica. ............................................ 14
Figura 7. Ejemplo de determinación de la cantidad de rociadores para calcular. .......... 15
Figura 8. Curvas de densidad/área. ................................................................................. 16
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1. INTRODUCCIÓN
Este documento se desarrolla con la finalidad de servir como guía brindando los parámetros
más importantes que se requieren para realizar un diseño de redes contra incendio utilizando
como agente extintor el agua, debido a su eficiencia al momento de sofocar diferentes tipos
de incendios, además de su facilidad para encontrarse en la naturaleza y el transportarse a los
centros urbanos.
Para ello se desarrolla un ejemplo práctico siguiendo la metodología de las normas NFPA
(National Fire Protection Association) 13 y 14 principalmente, mencionando las principales
consideraciones y puntos específicos para el diseño como puede ser el riesgo de incendio de
la edificación, el método de diseño de densidad/área para rociadores automáticos, las
características principales de los rociadores a utilizar, entre otros.
Durante el proceso de desarrollo del ejercicio se realiza una descripción del mismo
puntualizando sus características más relevantes como pueden ser la clasificación de riesgo
dentro de la edificación y los criterios en los cuales se basa la disposición de los sistemas de
protección activa (conexiones de manguera y rociadores automáticos), los caudales y
presiones requeridas en los puntos críticos del sistema según la NFPA y tomando partida en
lo anterior realizar el trazado de la red para su posterior dimensionamiento y cálculo.
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2. IMPORTANCIA DE LOS SISTEMAS CONTRA
INCENDIOS
En toda edificación es de vital importancia el diseño e instalación de un sistema de extinción
contra incendios de tubería vertical ya que mediante el transporte de un agente extintor ayuda
controlar y combatir un caso de incendio protegiendo a los ocupantes y evitando pérdidas
humanas, adicionalmente aporta un tiempo de respuesta mayor puesto que se activan
automáticamente al sobrepasar determinada temperatura dejando un lapso de tiempo mayor
para que los involucrados salgan ilesos y tanto el mobiliario como la estructura como tal con
la menor cantidad de daños posible.
La principal desventaja de los sistemas contra incendios es el costo adicional que suma al
presupuesto total de un proyecto, pero teniendo en cuenta el grado de protección y seguridad
que aporta tanto a la edificación como a sus ocupantes y mercancías, una red de protección
contra incendio puede ser la diferencia entre salvar vidas y esto es algo que no tiene valor
alguno.
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3. EJEMPLO
En este apartado se aplican las pautas de la normativa contra incendios mediante el desarrollo
de un ejemplo netamente académico, dicho ejemplo se basa en los planos arquitectónicos del
proyecto centro comercial piura, presentado por el arquitecto José Fernando Labrin Caro para
la universidad Nacional de Piura de Perú.
Para este diseño de un sistema de extinción contra incendios, teniendo en cuenta los
parámetros establecidos en anteriores capítulos, se realiza el dimensionamiento de un tanque
de almacenamiento que mediante un equipo de bombeo suministra el agua al sistema que
cuenta con rociadores automáticos y gabinetes según lo estipula la NSR-10.
Adicionalmente se tiene en cuenta una temperatura ambiente media de 15ºC la cual se usa
como constate en los cálculos hidráulicos y, para el sistema de tuberías de la red contra
incendios se utiliza el acero negro al carbón como material principal, ya que se diseña un
sistema húmedo.
3.1 DESCRIPCIÓN DEL EJEMPLO
El proyecto se trata de un centro comercial que cuenta con 4 niveles, dentro de los cuales se
encuentra un estacionamiento de vehículos en el sótano, una plazoleta de comidas, un
bowling, almacenes de ropa, un gimnasio, entre otros.
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Se plantea la ubicación del ejemplo en Bogotá D.C., aplicando la normativa local, lo cual es
la finalidad de la guía.
En el proyecto se identifican 4 plantas, dos de las cuales cuentan parcialmente con un cielo
raso y son las más amplias, el sótano cumple la función de estacionamiento para los clientes,
cada nivel tiene una altura de 4.5m, la altura de referencia para los planos y cálculos es en la
entrada principal del centro comercial el cual se tomará con la coa 0m, el nivel topográfico
más bajo en la edificación se encuentra en el área del sótano con una altura de -4.35 m, y el
punto que tiene una altura máxima de 15.32 m se encuentra en la zona de techo del gimnasio.
3.2 ÁREAS A PROTEGER
Una vez determinado el uso que se le dará a la edificación, que está basado en los planos
arquitectónicos, se procede a clasificarla en alguno de los grupos de ocupación cuya
descripción se acerque más, como el ejemplo que es un centro comercial, siguiendo la
clasificación específica presentada en la tabla 2 sería una edificación del grupo Comercial
(C) del subgrupo Bienes (C-2).
Según la NSR-10 Título K, para este grupo de edificaciones es obligatorio contar con un
sistema de manguera contra incendios, y debido a sus características arquitectónicas se
requiere de un sistema de rociadores automáticos. Para los rociadores automáticos la NSR-
20 remite al lector a la NTC 2301, la cual es una adaptación idéntica de la NFPA 13; Para el
sistema de mangueras, la NSR-10 se remite a la NTC 1669 que a su vez es una adaptación
idéntica de la NFPA 14, motivo por el cual la guía se desarrolla con los parámetros directos
de las normas NFPA.
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Siguiendo el concepto general, la NFPA vuelve a presentar una clasificación para riesgo de
la edificación la cual sirve como base para el diseño de los respectivos sistemas, en este caso,
el centro comercial Piura cuenta con áreas para diferentes finalidades las cuales deben
clasificarse como se puede observar en la siguiente tabla:
Tabla 1. Clasificación de riesgo
Ubicación Clasificación Sistemas requeridos
Parqueaderos del
sótano
-Según NSR-10, almacenamiento de
riesgo moderado (A-1)
-Según NFPA 13, riesgo ordinario
Grupo 1 (OH1)
Se requiere de rociadores
automáticos y conexiones de
mangueras para el uso de
personal capacitado y bomberos
Oficinas
administrativas,
pasillos y áreas
comunes del
centro comercial
-Según NSR-10, Comercial de
bienes (C-2)
-Según NFPA 13, riesgo leve
Se requiere de rociadores
automáticos y conexiones de
mangueras para el uso de
personal capacitado y bomberos
Gimnasio piso 3
-Según NSR-10, Lugares de reunión
deportivos (L-1)
-Según NFPA 13, riesgo leve
Se requiere de una conexión de
manguera para el uso de
bomberos
Fuente: elaboración propia.
3.3 TRAZADO DE LA RED
Para realizar el trazado correspondiente, se deben seguir una serie de criterios que fueron
mencionados anteriormente en este documento para la ubicación tanto de los gabinetes de
mangueras como de los rociadores automáticos, dicho esto se debe definir el sistema de
protección con el cual contará la edificación.
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3.3.1 Gabinetes
Como se mencionó anteriormente, la edificación debe contar con un sistema de gabinetes y,
según la NFPA 5000 (55.4.1), es necesario ubicar un gabinete Clase I en cada descanso de
escaleras entre pisos, y gabinetes Clase III (NFPA 5000, 27.3.3.3) en cada salida de la
estructura con una separación de no más de 39.7 m (NFPA 1, 13.3.2.22.3.2.3).
Para cubrir el sótano, su ubica un gabinete Clase I en el descanso de las escaleras y
gabinetes Clase III en los muros laterales del estacionamiento para poder cubrir toda
el área.
En la planta 1, se ubica un gabinete clase I en el descanso de las escaleras, en las dos
salidas laterales se ubica un gabinete Clase III, ya que debido a los muros y las
interrupciones por toda el área de piso no es suficiente con un solo gabinete.
En la planta 2, se ubica un gabinete clase I en el descanso de las escaleras, en los
muros laterales se ubica un gabinete Clase III, adicionando uno en la zona del bowling
para poder cubrir esta área anexa.
En la planta 3 solo se ubica el gabinete Clase I de las escaleras entre piso debido a
que el área a proteger es pequeña.
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Figura 1. Gabinete Clase III
Fuente: tomado de kos&kiel S.A.S.
3.3.2 Rociadores
Debido a la extensa área de la edificación, y según la NSR-10 título J, cuando una edificación
comercial de bienes (C-1) tiene un área superior a 1100 m², la edificación necesita estar
protegida por un sistema de rociadores automáticos diseñados según la NFPA 13, en este
caso, se utilizan rociadores de respuesta rápida y supresión temprana debido a su eficacia en
la lucha conta incendios de grandes riesgos.
Para cubrir el sótano se ubican rociadores por toda el área del estacionamiento, la
zona de descarga y la sala de máquinas, en este caso se utilizan rociadores
pulverizadores estándar ya que cumplen con los requisitos de riesgo que presenta.
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En la planta 1 se ubican rociadores de respuesta rápida por todas las zonas transitables
libres del centro comercial.
En la planta 2, igualmente que en la planta 1, se ubican rociadores de respuesta rápida
por todas las zonas transitables libres del centro comercial.
En la planta 3 debido a que el área a proteger y su uso, no es necesario utilizar
rociadores ya que con la conexión de manguera es suficiente para proteger todo el
espacio.
Un criterio adicional para el trazado de la red de rociadores automáticos son las disposiciones
de tubería, la NFPA 13 presenta las más comunes y elegirlas está a criterio de cada diseñador.
Figura 2. Sistema en bucle
Fuente: tomado de la norma NFPA 13. Figura A.3.3.206.6.
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Figura 3. Sistema de rociadores en malla
Fuente: tomado de la norma NFPA 13. Figura A.3.3.206.5.
Figura 4. Sistema de rociadores en árbol
Fuente: tomado de Tipos de sistemas de rociadores, ing. Luis Ybirma, Caracas-Venezuela.
3.4 CRITERIOS HIDRÁULICOS DEL SISTEMA DE ROCIADORES
El sistema de rociadores automáticos se diseña mediante tubería húmeda siguiendo los
parámetros de la NFPA 13, además es necesario tener en cuenta que no se conciben en el
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diseño de rociadores automáticos las áreas como baños y escaleras. A continuación, se
presentan las áreas generales por nivel del proyecto:
Tabla 2. Áreas del proyecto
NIVEL DETALLE
ÁREA A PROTEGER
CON ROCIADORES
m² pies²
Sótano
Estacionamiento 2687,223 28925,032
Cuarto de
máquinas 87,365 940,388
Baños 54,1337 582,690
Escaleras 290,9123 3131,354
Primer piso
Pasillos 2441,9996 26285,465
Baños 102,1421 1099,448
Escaleras 342,1779 3683,172
Segundo
piso
Pasillos 2827.629 30436.342
Baños 54.1337 582.69
Escaleras 342.1779 3683.172
Tercer piso
Gimnasio 580,741 6251,044
Depósitos 59,9 644,758
Baños 75,268 810,178
Fuente: Elaboración propia.
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Figura 5. Ejemplos de área de mayor demanda hidráulica.
Fuente: tomado de la norma NFPA 13. Figura A.27.2.4.1(b).
Figura 6. Ejemplos de área de mayor demanda hidráulica.
Fuente: tomado de la norma NFPA 13. Figura A.27.2.4.1(a).
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Figura 7. Ejemplo de determinación de la cantidad de rociadores para calcular.
Fuente: tomado de la norma NFPA 13. Figura A.27.2.4.
3.4.1 Oficinas administrativas, pasillos y áreas comunes del centro comercial.
En la mayor parte del área del edificio se encuentran los pasillos y zonas abiertas para tránsito
de visitantes del centro comercial, junto a las zonas administrativas tanto del centro comercial
como de las tiendas; Debido a que las áreas de las tiendas son pequeñas y se encuentran es
secciones de las plantas 1 y 2, se toman como riesgo leve que es el principal para el resto de
la edificación, conforme a lo establecido en la NFPA 13 Núm. 19.2.6.1(3):
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Para sistemas con clasificaciones para riesgos múltiples donde la clasificación más alta
solamente recae dentro de habitaciones únicas de un área menor o igual a 400 pies² (37 m²)
sin que tales habitaciones sean adyacentes, deben aplicarse los requisitos de suministro de
agua para la ocupación principal en el resto del sistema.
De acuerdo a la NFPA 13, se establece la densidad de aplicación de los rociadores mediante
el método de densidad/área teniendo en cuenta la información de la tabla 1, en la cual se
clasifica como riesgo leve y se considera una densidad de 0.10 gpm/ft² (4.1 mm/min) en base
a un área de diseño de 1500 ft² (139 m²) la cual es la mínima requerida para riesgo leve. El
método de densidad/área se desarrolla de acuerdo con las curvas de densidad/área que
presenta la en la figura 19.3.3.1.1 de la NFPA 13, como se presenta a continuación:
Figura 8. Curvas de densidad/área.
Fuente: tomado de la norma NFPA 13 (2019), Figura. 19.3.3.1.1.
Adicional a lo mencionado anteriormente, la NFPA 13 establece el suministro de agua
mínimo que debe estar disponible y la duración mínima del mismo conforme a la siguiente
tabla:
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Tabla 3. Requisitos de asignación para chorros de mangueras y duración del suministro de
agua para sistemas calculados hidráulicamente.
Ocupación
Manguera interior
Manguera interior
y exterior total
combinada Duración
(minutos)
gpm L/min gpm L/min
Riesgo leve 0, 50, o 100 0, 190, o 380 100 380 30
Riesgo
moderado 0, 50, o 100 0, 190, o 380 250 950 60-90
Riesgo extra 0, 50, o 100 0, 190, o 380 500 1900 90-120
Fuente: tomado de la norma NFPA 13 (2019), tabla 19.3.3.2.1.
Para los intervalos de caudal de mangueras interiores y exteriores combinadas, se utiliza el
valor de duración más bajo solo en casos donde:
Donde uno o más dispositivos de alarma de flujo de agua de sistemas de rociadores y
dispositivos supervisión son eléctricamente supervisados y tal supervisión es monitoreada
en una ubicación constantemente atendida, aprobada. (NFPA 13 Núm. 19.3.3.1.3)
En la siguiente tabla se puntualizan los requerimientos principales para los rociadores de la
zona:
Tabla 4. Tabla resumen para oficinas, pasillos y zonas comunes del centro comercial.
Clasificación NFPA 13 Riesgo leve
Método de diseño Densidad/área
Densidad por rociador (gpm/ft²) 0,1
Área de diseño (ft²) 1500
Caudal teórico para rociadores (gpm) 150
Caudal para mangueras (gpm) 100
Caudal total teórico del sistema (gpm) 250
Duración (min) 30
Volumen (m³) 28,3875
Fuente: Elaboración propia.
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3.4.2 Parqueaderos del sótano
La mayor parte del nivel del sótano se encuentra destinada para el uso de parqueadero de
automóviles de los transeúntes y trabajadores del centro comercial, así como el cuarto de
máquinas.
A partir de lo establecido anteriormente en la figura 1, la densidad de aplicación de los
rociadores mediante el método de densidad/área teniendo en cuenta la información de la tabla
1, en la cual se clasifica como riesgo Ordinario grupo 1 (OH1), se considera una densidad de
0.15 gpm/ft² (6.1 mm/min) en base a un área de diseño de 1500 ft² (139 m²) la cual es la
mínima requerida para riesgo ordinario, así como una dotación para mangueras de 250 gpm
y una duración de la reserva de agua de 90 minutos.
Tabla 5. Tabla resumen para parqueaderos del sótano.
Clasificación NFPA 13 OH1
Método de diseño Densidad/área
Densidad por rociador (gpm/ft²) 0,15
Área de diseño (ft²) 1500
Caudal teórico para rociadores (gpm) 225
Caudal para mangueras (gpm) 250
Caudal total teórico del sistema (gpm) 475
Duración (min) 60
Volumen (m³) 107.8725
Fuente: Elaboración propia.
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3.5 DISEÑO DEL SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS Y CONEXIONES
DE MANGUERAS.
El diseño de rociadores automáticos y conexiones de mangueras es un sistema húmedo
automático, en el cual se tendrá agua fluyendo en todo momento en la red y se dispondrá de
un tanque con un volumen de agua constante impulsado por medio de un equipo de bombeo.
Inicialmente para la edificación se disponen los rociadores automáticos colgantes ubicados a
nivel de techo, para los cuales se selecciona un rociador pulverizador con un K de 5.6 que
funciona tanto para las ocupaciones de riesgo leve como para la ocupación de riesgo ordinario
grupo 1 presente en el sótano, las características propias de los rociadores se describen así:
Tabla 6. Características de rociadores automáticos
Parámetro Zonas comunes Parqueadero
Tipo de rociador CMDA CMDA
Factor K 5,6 5,6
Velocidad de respuesta Estándar Rápida
Temperatura de activación (ºC) 68 68
Diámetro (pulg) 0,75 0,75
Presión mínima requerida (psi) 7 7
Caudal mínimo requerido (gpm) 22,5 15
Densidad (gpm/ft²) 0,1 0,15
Área de protección del rociador (m²) 20 9,3
Distancia máxima entre rociadores (m) 4,6 3.7
Distancia mínima entre rociadores (m) 1,8 2,4
Distancia máxima a muros (m) 2,3 1,5
Distancia mínima a muros (m) 0,1 0,185
Rociadores en el área crítica 7 15
Área de diseño (m²) 1500 1500
Rociadores en línea ramal 3 5
Fuente: Elaboración propia.
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Las conexiones de manguera que se utilizan en cada piso de la edificación corresponden a
Gabinetes Clase III, por lo tanto, poseen una salida de 1½ pulgadas para el uso por personal
capacitado y una salida de 2½ pulgadas para uso exclusivo del personal del cuerpo de
Bomberos; Los gabinetes se deben ubicar de tal manera que haciendo un recorrido de
máximo 30 metros desde la posición de cada gabinete, se pueda cubrir el área completa del
proyecto.
3.5.1. Cálculos hidráulicos
Las redes de extinción contra incendios se diseñan a partir del abastecimiento de los puntos
hidráulicos más desfavorables dentro del sistema, ya sea para el área de diseño de rociadores
automáticos o para las conexiones de manguera más alejadas del punto de suministro; Para
ello la norma emplea métodos como las curvas de densidad área para determinar el área
crítica de rociadores y realizar los cálculos hidráulicos partiendo de la misma, o también
parámetros como el siguiente:
En un edificio protegido de acuerdo con NFPA 13 o NFPA 13R, el suministro de agua para el
sistema combinado de rociadores y montantes automáticas debe basarse en la demanda
del sistema de rociadores (entre lo que se incluye cualquier demanda para chorros de
mangueras) o la demanda de las tuberías verticales, la que sea mayor. (NFPA 14 Núm.
7.10.1.3.1.1)
El material que se utiliza para el ejemplo es el Acero negro al carbón y a continuación los
diámetros con los que se dimensiona la red:
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Tabla 7. Diámetros de la tubería de acero.
Tamaño nominal de tubería Diámetro externo Diámetro interno
pulg mm pulg mm pulg mm
½ 15 0,84 21,3 0,622 15,8
¾ 20 1,05 26,7 0,824 21
1 25 1,315 33,4 1,049 26,6
1 ¼ 32 1,66 42,2 1,38 35,1
1 ½ 40 1,9 48,3 1,61 40,9
2 50 2,375 60,3 2,067 52,5
2 ½ 65 2,875 73 2,569 62,7
3 80 3,5 88,3 3,068 77,9
3 ½ 90 4 101,6 3,548 90,1
4 100 4,5 114,3 4,026 102,3
5 125 5,563 141,3 5,047 128,2
6 150 6,625 168,3 6,065 154,1
8 200 8,625 219,1 7,981 -
10 250 10,75 273,1 10,02 -
12 300 12,75 - 11,938 -
Fuente: adaptado de la norma NFPA 13 (2019), tabla A16.3.2.
Partiendo de los criterios anteriormente mencionados se calcula la ruta crítica tanto para el
sótano, como para las zonas comunes del centro comercial, ya que presentan demandas
hidráulicas diferentes y el sistema se debe diseñar para la mayor, asimismo, se calcula el
caudal y la ruta crítica para el sistema de conexiones de mangueras para al final comparar
cual demanda es mayor.
Para determinar las pérdidas por fricción en las tuberías y las pérdidas debidas a los
accesorios, es posible utilizar ecuaciones diferentes a las que proporciona la norma siempre
y cuando se demuestre su efectividad y exactitud ante la autoridad competente y esta, a su
vez, lo apruebe. En este caso se utiliza la ecuación de Hazen-Williams la cual utiliza las
variables en Sistema Inglés de unidades de la siguiente manera:
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Ecuación 1. Ecuación de Hazen-Williams.
𝑝 =4.52𝑄1.85
𝐶1.85𝑑4.87
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑝 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙. (𝑝𝑠𝑖
𝑝𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎)
𝑄 = 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 (𝑔𝑝𝑚)
𝐶 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛.
𝑑 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑝𝑢𝑙𝑔. )
Si el diseñador desea utilizar las unidades del Sistema Internacional, debe aplicar la siguiente
ecuación:
Ecuación 2. Ecuación de Hazen-Williams (SI).
𝑝𝑛 = 6.05 (𝑄𝑛
1.85
𝐶1.85𝑑𝑛4.87) 105
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑝𝑛 = 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙. (𝑏𝑎𝑟𝑠
𝑚 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎)
𝑄𝑛 = 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 (𝑔𝑝𝑚)
𝐶 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛.
𝑑𝑛 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 (𝑚𝑚)
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Para sistemas anticongelantes que tengan un tamaño de diseño superior a los 40 gal, la
ecuación de pérdidas por fricción que se debe emplear es la de Darcy-Weisbach la cual se
representa como:
Ecuación 3. Ecuación de Darcy-Weisbach.
∆𝑃 = 0.000216𝑓𝑙𝜌𝑄2
𝑑5
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
∆𝑃 = 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 (𝑝𝑠𝑖)
𝑄 = 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑔𝑝𝑚)
𝑙 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑢𝑏𝑒𝑟í𝑎 𝑜 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑝𝑖𝑒)
𝜌 = 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑖𝑑𝑜 (𝑙𝑏
𝑝𝑖𝑒2)
𝑑 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑏𝑜 (𝑖𝑛. )
𝑓 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑝é𝑟𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑟𝑖𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑎𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑀𝑜𝑜𝑑𝑦
Adicionalmente, el movimiento del agua dentro de la tubería provoca un efecto de
disminución en la presión en las regiones donde aumenta la velocidad, esta presión está
determinada por la siguiente ecuación:
Ecuación 4. Ecuación de presión de velocidad.
𝑃𝑣 =0.001123𝑄2
𝐷4
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑃𝑣 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑝𝑠𝑖)
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𝑄 = 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 (𝑔𝑝𝑚)
𝐷 = 𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 (𝑝𝑢𝑙𝑔. )
La presión normal de la tubería debe determinarse basándose en la siguiente ecuación:
Ecuación 5. Ecuación de presión normal.
𝑃𝑢 = 𝑃𝑡 − 𝑃𝑣
𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒:
𝑃𝑢 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 (𝑝𝑠𝑖)
𝑃𝑡 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 (𝑝𝑠𝑖)
𝑃𝑣 = 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝑝𝑠𝑖)
Aplicando las ecuaciones mencionadas anteriormente obtenemos:
Tabla 8. Presiones y caudales calculados hidráulicamente.
Parámetro
Parqueaderos Zonas comunes Gabinetes
Punto
crítico Final Punto crítico Final
Punto
crítico Final
Caudal (gpm) 15 537,785 22,5 316,767 250 750
Presión (psi) 8,321 49,702 19,379 71,907 100 158.058
Fuente: Elaboración propia.
De acuerdo a los cálculos hidráulicos, la red de gabinetes es la que tiene una demanda mayor
para el sistema, por lo tanto, se debe ubicar un equipo de bombeo con una capacidad de
trabajo de mínimo 158 psi y un caudal de 750 galones por minuto.
Para el tanque de suministro se debe tener en cuenta la demanda del sistema que es de 750
gpm y la duración mínima de 60 minutos, que abastecerá tanto a las conexiones de manguera
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como a los rociadores automáticos para lo cual se requiere un tanque con un volumen de
45000 galones (170. 325 m³).
