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Metodología Básica para el Diseño de Sistemas Contra Incendio.

... Identificación del problema: ¿Qué debo proteger? Antes de poder escribir una sola ecuación, el diseñador debe saber exactamente a qué se enfrenta. El fuego, en principio, es el enemigo. Pero también puede llegar a ser el mismo edificio donde se puede llegar a generar. La norma NFPA 101 recoge las recomendaciones mínimas de seguridad y protección que deben tomarse en cuenta para proteger un área, usando una combinación de sistemas y equipos: mangueras, extintores, rociadores, agentes limpios, espuma, etc....

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Red Exterior

La red exterior (o private Mains, en inglés) es el conjunto de tubería que lleva agua desde la bomba hasta los sistemas contra incendio, sean estos mangueras, hidrantes o gabinetes de manguera

Componentes de la red

Tubería: La tubería es la parte evidente de la red, algunas veces enterrada, otras superficial. Debe ser metálica, debidamente soportada, protegida contra la corrosión y los posibles movimientos sísmicos o de expansión de ella misma...

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Soportería

...Antes de comenzar, debemos saber por cual razón se soporta una tubería. En principio, para contenerla y mantenerla en un solo lugar, pero la necesidad de soportarla va más allá de simplemente eso. El soportar la tubería conlleva a garantizar que el sistema será confiable a pesar del tiempo transcurrido, de eventuales movimientos estructurales, de la ocurrencia de terremotos, de la circunstancia que alguien cuelgue pesos de la tubería, que el peso propio la dañe. En síntesis, el soporte debe asegurar que el sistema siempre estará como cuando se instaló por vez primera (con las tolerancias del caso, claro)...

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Caso de sistemas de tubería húmeda basados en rociadores automáticos (I parte).

(por Ing. José Prada)

Este trabajo no pretende sustituir el trabajo de Ingenieros calificados en el área de SCI sino simplemente servir de referencia a aquellas personas que deseen tener una visión global del proceso de diseño. Por la naturaleza de este trabajo, se hará hincapié en consultar detenidamente más material de apoyo. El artículo está dividido en un cierto número de pasos que pueden ser comprimidos o cambiantes en función de la experiencia del diseñador o las necesidades del cliente.

Identificación del problema: ¿Qué debo proteger? Antes de poder escribir una sola ecuación, el diseñador debe saber exactamente a qué se enfrenta. El fuego, en principio, es el enemigo. Pero también puede llegar a ser el mismo edificio donde se puede llegar a generar. La norma NFPA 101 recoge las recomendaciones mínimas de seguridad y protección que deben tomarse en cuenta para proteger un área, usando una combinación de sistemas y equipos: mangueras, extintores, rociadores, agentes limpios, espuma, etc. Luego, para diseñar cada uno en particular deben consultarse las normas asociadas (13 para rociadores, 14 para mangueras y así sucesivamente). El énfasis inicial se hará en sistemas de rociadores por su versatilidad, simplicidad y comprobada eficiencia en la prevención de pérdidas materiales y humanas (Sí, los rociadores salvan vidas).

Definir el riesgo consiste en determinar que clasificación le da la norma (en este caso la NFPA 13) a un área junto a los materiales que pueda contener en un momento dado. Así, el riesgo existente en una iglesia es menor que el de una panadería por las actividades involucradas en el área, los materiales ahí existentes, la cantidad de estos y otros factores que se irán exponiendo a lo largo del artículo. El capítulo 2 de la norma 13 clasifica a las áreas como de riesgo lígero, ordinario I y II y alto I y II. Esta primera clasificación está asociada al tipo de los materiales diseminados en el área y la las actividades realizadas en la misma. Una segunda clasificación está hermanada con la forma como se almacenan los materiales en un área. Esta clasificación convierte entonces a un espacio con un material dado en otro tipo de riesgo si el material está siendo almacenado en grandes cantidades. Esto definiría el riesgo como Tipo I, II, III, IV o de plásticos A, B o C. Igualmente, hay riesgos especiales comopapel, caucho, etc, que deben ser igualemnet considerados en detalles, los cuales deben consultarse en la Norma 13 Cap 2.

Entonces, el primer paso es evaluar el riesgo en función del área, tipo de materiales, tipo de almacenaje, alturas del área, etc. Esto definiría el norte a seguir respecto a las necesidades de protección. Hagamos algunos ejemplos apoyados en la norma.

Ejemplo 1:

Se desea proteger un archivo de documentos desincorporados (archivo muerto) donde se apilan en el suelo cajas de cartón con papel en rumas de 1 metro de altura. Establezca el riesgo del área Consultando la NFPA 13 Cap 2.1.2.1. se podría afirmar que es un riesgo ordinario tipo I. Lamentablemente, la información suministrada no es suficiente. Falta saber que cantidad de cajas existe. Como la altura de las rumas es baja, podría compensarse el desconocimiento de la cantidad de papel existente asignándole una clasificación de riesgo ordinario tipo II (Ver los textos completos a continuación):

Ordinary Hazard (Group 1). Occupancies or portions of other occupancies where combustibility is low, quantity of combustibles is moderate, stockpiles of combustibles do not exceed 8 ft (2.4 m), and fires with moderate rates of heat release are expected.

Ordinary Hazard (Group 2). Occupancies or portions of other occupancies where quantity and combustibility of contents is moderate to high, stockpiles do not exceed 12 ft (3.7 m), and fires with moderate to high rates of heat release are expected.

La praxis de sobredimensionar no es adecuada por razones económicas y de confiabilidad. Se aconseja recopilar la mayor cantidad posible de información para proceder a realizar la clasificación de un área.

Ejemplo 2:

En un cuarto de 6mts x 8mts x3mts de altura se almacenan algunos pipotes plásticos de aceite y gasolina pertenecientes al taller automotriz de la empresa KLH, C.A. junto a herramientas y otros equipos. ¿Cuál sería la clasificación más apropiada de este riesgo?. Por la existencia de líquidos inflamables, sería apropiado asignarle un riesgo alto tipo II. Ver texto original

Extra Hazard Occupancies. Occupancies or portions of other occupancies where quantity and combustibility of contents is very high and flammable and combustible liquids, dust, lint, or other materials are present, introducing the probability of rapidly developing fires with high rates of heat release. Extra hazard occupancies involve a wide range of variables that may produce severe fires. The following shall be used to evaluate the severity of Extra Hazard Occupancies:

Extra Hazard (Group 1) includes occupancies described with little or no flammable or combustible liquids.

Extra Hazard (Group 2) includes occupancies described with moderate to substantial amounts of flammable or combustible liquids or where shielding of combustibles is extensive. (Subrayado nuestro) Si la cantidad de combustible fuera mayor, o si el cuarto se dedicara solamente a guardar pipotes de combustible y/o inflamables, convendría mejor consultar la norma de líquidos inflamables, NFPA 30.

Ejemplo 3:

En un depósito de la mueblería La Favorita se guardan muebles forrados en plástico para su protección montados en racks de 3 mts de altura. ¿Cuál sería el riesgo? En concordancia con la norma, el riesgo puede catalogarse como el de una commoditie Clase IV.

A Class IV commodity shall be defined as a product, with or without pallets, that meets one of the following criteria:

  • It is constructed partially or totally of Group B plastic.
  • It consists of free-flowing Group A plastic materials.
  • It contains, within itself or its packaging, an appreciable amount (5 percent to 15 percent by weight or 5 percent to 25 percent by volume) of Group A plastic: The remaining materials shall be permitted to be any of the following:

    1.- Metal

    2.- Wood

    3.- Paper

    4.- Natural or synthetic fibers

    5.- Group B or Group C plastics

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Red Exterior.

(por Ing. José Prada)

La red exterior (o private Mains, en inglés) es el conjunto de tubería que lleva agua desde la bomba hasta los sistemas contra incendio, sean estos mangueras, hidrantes o gabinetes de manguera.

Componentes de la red

Tubería: La tubería es la parte evidente de la red, algunas veces enterrada, otras superficial. Debe ser metálica, debidamente soportada, protegida contra la corrosión y los posibles movimientos sísmicos o de expansión de ella misma. De acuerdo a la norma, la tubería enterrada no debería ser de acero al menos que cumpla con los estándares AWWA 200 para tubería de diámetro de 6” o mayor. La tubería superficial puede ser de cualquier material listado, incluyendo el acero.

El diámetro de la tubería de red debe ser al menos 6”. Esta recomendación se deriva de la praxis de muchos años, más sin embargo, diámetros inferiores pueden ser usados siempre y cuando se demuestre con un cálculo hidráulico que es factible garantizar la demanda de agua en un punto con la tubería que se propone. De hecho, si la tubería no alimenta hidrantes (caso curioso), el diámetro puede ser meno si se cumplen cualquiera de las siguientes condiciones:

- La red solo alimenta sistemas de rociadores, de agua pulverizada o mangueras clase II (1 ½”).

- Hay cálculos que revelan la posibilidad de uso.

Independientemente, la autoridad con jurisdicción debe revisar y aceptar el diámetro de la red. Nosotros seguiremos usando un mínimo de 6”.

Válvulas: A lo largo de la red deben existir válvulas de seccionamiento que permitan desincorporar partes de los sistemas conectados a la misma. Se define como sistema cualquier consumo de agua: sistemas de rociadores, gabinete, hidrante, monitor, etc. Estas válvulas de control deben ser listadas y tener, obligatoriamente, un dispositivo indicador de su posición. En condiciones normales deberían estar abiertas. Si la válvula no es listada, al menos el sistema de indicación debe serlo. Para efectos de indicación, o supervisión, se puede disponer de un elemento de contacto eléctrico o bien utilizar válvulas de vástago ascendente o poste indicador.

El número de válvulas a lo largo de la red depende, entre otras cosas, del número de sistemas a seccionar. Aunque la norma es poco especifica al respecto, aseguradoras como IRI, recomienda colocar una válvula cada cinco (5) sistemas. Esto por la razón arriba indicada. Otra razón de la ubicación se deriva de la forma relativa de la red, que se comentará más adelante.

Las válvulas en red no deberían cerrarse en menos de un tiempo dado para evitar el martilleo o ariete de la tubería. De hecho, se fija como tiempo mínimo de clausura de una válvula, desde su posición de apertura completa, en 5 segundos. Por tal hecho, las válvulas en red deberían ser de compuerta con vástago ascendente o poste indicador. De usarse mariposa, deben tener algún mecanismo de retardo que permita disminuir el tiempo de clausura.

Las válvulas que seccionan alimentación a sistemas en un edificio deben colocarse al menos a 12 mts del mismo. Esto con la previsión de que si cae una pared, se podrá tener acceso a la válvula. Sin embargo, esta puede obviarse si se coloca la válvula, en caso de las adosadas a la pared, en una esquina o sección del edificio donde se erija una columna. Como recomendación, siempre que se use una red enterrada deben usarse válvulas con poste.

Existe la posibilidad de colocar las válvulas en pits o suertes de bóvedas en el suelo (tanquillas) cuando no existe forma o manera de colocar las de poste o las de vástago. En estos casos, las tanquillas deben ser de un tamaño adecuado que permitan que las válvulas sean visitables para operarlas o hacerle mantenimiento.

Hidrantes: Los hidrantes son conexiones especiales, derivadas directamente de la red exterior, hechas con la finalidad de conectar mangueras de gran tamaño (en la mayoría de los casos) que permite a personal especializado el control de un incendio. Existen dos tipos básicos de hidrantes: los de barril húmedo (o tropicales) y los de barril seco. Estos últimos son usados en países donde existe invierno para evitar el congelamiento del agua. También se recurre a ellos para colocarlos en la calle porque requieren una llave especial para ser abiertos. En nuestro país son pocos conocidos porque ya no hay hidrantes en la calle J. Los tropicales son más usados a nivel industrial. La diferencia esencial es que en los húmedos hay agua hasta el borde de las válvulas y en los secos no.

La conexión del hidrante debe ser como mínimo de f6”. Por tal razón, es usual recomendar que el cuerpo de los mismos en su modalidad húmeda también sean de ese diámetro. El cuerpo podría ser de menor tamaño pero la conexión debe hacerse en el mismo diámetro de la red (si el mínimo es 6” de ahí se deriva la restricción para el hidrante) Las válvulas de conexión de mangueras deben ser al menos 2 de diámetro 2 ½” cada una.

El número de los hidrantes en una red y su espaciamiento esta supeditado a las necesidades de protección y las sugerencias de la autoridad con juridiscción. Es recomendable ubicar los hidrantes a un máximo de 90mts (particularmente, es mejor a 60 mts) uno del otro. Mientras sea posible una distancia de 12 mts entre el hidrante y el área a proteger es deseable. Las válvulas deben estar a no más de 18” del suelo. Igualmente, debe proveerse arriostre en los puntos donde se conecta el hidrante para garantizar que al funcionar no existan daños a la red.

Todo hidrante debe poseer, a una distancia prudencial del mismo, una caseta con los implementos y equipos necesarios para su utilización. Así, es deseable proveer a la misma de al menos los siguientes equipos: 2 mangueras D=2 ½”, Llave de acople y 2 picos D= 2 ½”. Como equipamiento adicional se puede sugerir: una válvula bifurcadora D=2 ½” x 2 x 1 ½”, un reductor, una linterna, una pata de cabra y dos mangueras de D=1 ½” con sus picos.

Selección de la tubería La tubería debe ser listada o al menos, recomendada por NFPA 13 para su uso en sistemas contra incendios. La tubería metálica no es la primera opción, sobre todo si se piensa colocar en forma enterrada. La tubería en acero debe cumplir con AWWA 200. En general, la tubería a ser usada debe cumplir con cualquiera de los siguientes standars:

  • AWWA C400, Standard for Asbestos-Cement Distribution Pipe, 4 in. Through 16 in., for Water and Other Liquids.
  • ASTM C296, Standard Specification for Asbestos-Cement Pressure Pipe.
  • AWWA C151, Ductile Iron Pipe Centrifugally Cast in Metal Molds or Sand-Lined Molds, for Water or Other Liquids.
  • AWWA C900, Polyvinyl Chloride (PVC) Pressure Pipe, 4 in. Through 12 in., for Water and Other Liquids.
  • AWWA C300, Reinforced Concrete Pressure Pipe, Steel-Cylinder Type, for Water and Other Liquids.
  • AWWA C301, Prestressed Concrete Pressure Pipe, Steel-Cylinder Type, for Water and Other Liquids.
  • AWWA C302, Reinforced Concrete Pressure Pipe, Non-Cylinder Type, for Water and Other Liquids.
  • AWWA C303, Reinforced Concrete Pressure Pipe, Steel-Cylinder Type, Pretensioned, for Water and Other Liquids.
  • AWWA C200, Steel Water Pipe 6 in. and Larger. A manera de resumen, el AWWA 200 obliga entre otras cosas a la protección contra corrosión tanto interna como externa de la tubería si esta va a ser enterrada.
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Soportería.


Antes de comenzar, debemos saber por cual razón se soporta una tubería. En principio, para contenerla y mantenerla en un solo lugar, pero la necesidad de soportarla va más allá de simplemente eso. El soportar la tubería conlleva a garantizar que el sistema será confiable a pesar del tiempo transcurrido, de eventuales movimientos estructurales, de la ocurrencia de terremotos, de la circunstancia que alguien cuelgue pesos de la tubería, que el peso propio la dañe. En síntesis, el soporte debe asegurar que el sistema siempre estará como cuando se instaló por vez primera (con las tolerancias del caso, claro). Durante los próximos minutos se discutirán los aspectos más relevantes de esta tan importante fase del diseño e instalación de un SCI, y de las consideraciones a ser tomadas en cuenta.

¿Cómo debe ser mi soporte?

En teoría, el soporte es cualquier arreglo que permita fijar las tuberías a la estructura. Así, un pedazo de mecate, un alambre o una correa de pantalón podrían servir para colgar la tubería de un galpón (por decir algo). Sin embargo, la norma 13 en su capítulo 6.1 establece que un soporte de sistema contra incendio debe cumplir con un conjunto de condiciones para clasificar en ese segmento. Estas consideraciones, estudiadas y ensayadas por años, están contenidas en un grupo de tablas y arreglos estructurales de mecanismos a lo largo de esta sección de la norma. Ahora bien, en definitivas cuentas, todo soporte que en aspecto o forma no cumpla con esas condiciones podría servir siempre y cuando un ingeniero calificado certifique a través de cálculos lo siguiente:

  • Que el soporte es capaz de soportar cinco (5) veces el peso de la tubería llena de agua más un peso adicional de 114 Kgs en cada punto de fijación.
  • Que los puntos de fijación son adecuados para soportar el sistema.
  • Que el espacio entre soportes cumpla con un espaciamiento normado (tabla 6.2.2) Todos los componentes de soporte son metálicos.
  • Que existen cálculos de sustento donde se demuestra el estudio de fatiga, diagramas de fuerza y reacción y demás consideraciones de estructuras en los soportes, tubería, accesorios con los correspondientes factores de seguridad debidamente tomados.
  • ¿De que materiales puede estar construido mi soporte?

Como el fin último de la soportería es mantener al SCI fijado a la estructura a pesar de cualquier circunstancia, incluyendo al incendio que combatirá, los soportes no pueden ser de material combustible (madera, plásticos, etc). Por esta razón se exige que los soportes sean enteramente hechos de metal (no combustible, fácil acceso, económico en comparación con otros materiales no tradicionales).

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