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DISEÑO CONCEPTUAL DEL SISTEMA HIDRÁULICO DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS PARA LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
SEDE EL CLAUSTRO EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C.
MIGUEL ÁNGEL SOTELO CALDERÓN
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.
2014
DISEÑO CONCEPTUAL DEL SISTEMA HIDRÁULICO DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS PARA LA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA
SEDE EL CLAUSTRO EN LA CIUDAD DE BOGOTÁ D.C.
MIGUEL ÁNGEL SOTELO CALDERÓN
Trabajo de grado para optar al título de Ingeniero Civil
Director LUIS ÁNGEL MORENO ANSELMI
Ingeniero Civil
UNIVERSIDAD CATÓLICA DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA CIVIL BOGOTÁ D.C.
2014
Nota de aceptación ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________ ______________________________________
Director de Investigación Ing. Luis Ángel Moreno Anselmi
______________________________________
Asesor Metodológico Ing. Saieth Baudilio Cháves Pabón
______________________________________ Jurado Bogotá D.C., noviembre de 2014
CONTENIDO
pág. INTRODUCCIÓN 12
1. OBJETIVOS 14
1.1 OBJETIVO GENERAL 14
1.2 ALCANCE 14
2. ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO 15
2.1 ALCANCE 15
2.2 NORMATIVA APLICADA 15
2.2.1 Normativa NFPA 15
2.2.2 Normativa nacional 16
3. BASES DEL DISEÑO CONCEPTUAL 17
3.1 SISTEMA DE UNIDADES 17
3.2 DATOS DE ENTRADA 17
3.2.1 Áreas Administrativas y Oficinas 18
3.2.2 Auditorios y Salones de Clases 18
3.2.3 Plantas Eléctricas 18
4. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS RIESGOS 20
5. DEFINICIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓN Y
CRITERIOS DE DISEÑO 23
5.1 CONTROL DEL FUEGO POR SUPRESIÓN 24
5.1.1 Descripción sistemas de supresión a base de agua requeridos 24
5.1.2 Criterios de diseño sistemas de supresión a base de agua 25
pág.
6. RESULTADOS 28
6.1 RESUMEN NECESIDADES DE AGUA SISTEMAS DE
ROCIADORES 28
6.2 CRITERIOS DE DISEÑO RED PRINCIPAL 29
6.3 CRITERIOS DE DISEÑO EQUIPO DE BOMBEO CONTRA
INCENDIO 32
6.4 CRITERIOS DE DISEÑO FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE
AGUA 34
7. CONCLUSIONES 36
BIBLIOGRAFÍA 37
LISTA DE TABLAS
pág. Tabla 1. Descripción y clasificación de áreas sede El Claustro 19
Tabla 2. Descripción categorías del riesgo según NFPA 551 20
Tabla 3. Descripción del riesgo y su clasificación 21
Tabla 4. Requerimientos de protección para control del fuego por
supresión 24
Tabla 5. Criterios de diseño de rociadores áreas administrativas 26
Tabla 6. Criterios de diseño de rociadores auditorios y salones de clase 26
Tabla 7. Criterios de diseño de rociadores servicios industriales 27
Tabla 8. Resumen necesidades de agua y caudal del sistema 28
LISTA DE FIGURAS
pág. Figura 1. Árbol de decisiones para la protección contra incendio 23
Figura 2. Rociador automático 29
Figura 3. Conexión de manguera clase II 31
Figura 4. Conexión de manguera clase III 32
Figura 5. Bomba principal contra incendios 33
Figura 6. Bomba Jockey sostenedora de presión 34
Figura 7. Fuente de abastecimiento de agua 35
GLOSARIO
BOMBA CONTRA INCENDIO: bomba que suministra agua al caudal y la presión
requeridos por los sistemas de protección contra incendios basados en agua.
(NFPA 24 referenciado NTC 2301-2011 3.8.15)
CATEGORÍA DE RIESGO: clasificación de las edificaciones para determinar el
riesgo de pérdida de vidas humanas o amenaza de combustión. (NSR-10 J.3.3.1)
CONEXIÓN DE BOMBEROS: una conexión a través de la cual los bomberos
pueden bombear agua suplementaria dentro del sistema de rociadores, red
principal de alimentación, u otro sistema accesorio de agua para la extinción del
incendio, suplementando así las fuentes de suministro existentes. (NTC 1669-
2009 3.3.2.1.1)
DISEÑO CONCEPTUAL CONTRA INCENDIOS: identificar un nivel aceptable de
seguridad contra incendios en las instalaciones e identificar, analizar, evaluar y
seleccionar las diferentes alternativas aplicables de protección contra incendio, de
acuerdo con los criterios actuales de ingeniería.
DISEÑO BÁSICO CONTRA INCENDIOS: se establece la capacidad y las
características técnicas por medio de cálculos, análisis y estudios de ingeniería
que se fundamentan las normas sobre protección contra incendio, mediante la
aplicación de técnicas conocidas y probadas dentro del campo mismo de las
ingenierías y en experiencias del diseñador.
DISEÑO PRESCRIPTIVO: método de diseño basado en la demostración del
cumplimiento de los criterios generales establecidos por una norma. (NSR-10
F.2.1.2)
ESTACIÓN DE MANGUERA: una combinación de bastidor para manguera,
boquilla para manguera, manguera y conexión de manguera. (NFPA 24 3.3.7)
GRUPO DE CUPACIÓN: clasificación de los espacios de acuerdo a la destinación
de su uso u ocupación principal o dominante. (NSR-10 Capítulo K.2)
GRUPO DE USO: clasificación de las edificaciones según su importancia para la
atención y recuperación de las personas que habitan en una región que puede ser
afectada por un sismo, o cualquier tipo de desastre. (NSR-10 A.2.5.1)
INCENDIO: fuego destructivo que se manifiesta por algunas de las siguientes
características: luz, llama, calor o humo. (NSR-10 F.2.1.2)
NFPA: (National Fire Protection Association). Asociación Americana de Protección
contra Incendios.
PROTECCIÓN ACTIVA: materiales y sistemas de construcción que se activan con
el fuego para mitigar los efectos adversos o dar aviso a las personas de manera
que tomen alguna acción que mitigue dichos efectos. (NSR-10 F.2.1.2)
PROTECCIÓN PASIVA: conjunto de materiales o sistemas constructivos que,
correctamente diseñados e instalados, tienen por misión evitar la aparición de un
incendio, evitar la propagación, proteger otros elementos constructivos y favorecer
la extinción. (NSR-10 J.3.2.1)
RESISTENCIA AL FUEGO: periodo de tiempo en que un edificio o los
componentes de este mantienen su función estructural o dan la posibilidad de
confinar el fuego, medido como el tiempo que un sistema constructivo dado resiste
la acción de un fuego tipo manteniendo las características de soporte de cargas
(elementos estructurales) integridad física (elementos sectorizadores) y
11
aislamiento térmico en la cara no expuesta (elementos sectorizadores). (NSR-10
J.3.2.1)
ROCIADOR AUTOMÁTICO: un dispositivo de supresión o control de incendios
que opera automáticamente cuando su elemento termo-sensible es calentado
hasta o por encima de su clasificación térmica, permitiendo descargar agua sobre
un área específica. (NTC 2301-2011 3.3.1)
SISTEMA CLASE I: un sistema provisto con estaciones de manguera de 2½
pulgadas (65 mm) para suministrar agua para uso de los bomberos y personal
entrenado en el manejo de chorros de agua de gran caudal para incendio. (NTC
1669-2009 3.3.15.1)
SISTEMA CLASE II: un sistema provisto con estaciones de manguera de 1½
pulgadas (40 mm) para suministrar agua para uso prioritario por personal
entrenado o los bomberos durante la respuesta inicial. (NTC 1669-2009 3.3.15.2)
SISTEMA CLASE III: un sistema provisto con estaciones de manguera de 1½
pulgadas (40 mm) para suministrar agua para uso prioritario por personal
entrenado y conexiones de manguera de 2½ pulgadas (65 mm) para suministrar
un mayor volumen de agua para uso de los bomberos y personal entrenado en el
manejo de chorros de agua de gran caudal para incendio. (NTC 1669-2009
3.3.15.3).
12
INTRODUCCIÓN
Eventos de incendios que cobran vidas humanas, hemos tenido bastantes y muy
trágicos, desafortunadamente no aprendemos de las experiencias cercanas. El 27
de enero del año 2.013, se presentó un incendio en una discoteca de Brasil
llamada KISS, ubicada en la ciudad de Santa María. De acuerdo a las
investigaciones se determinó que la causa del incendio se debió al uso de juegos
pirotécnicos dentro de la discoteca que a su vez se propagaron a través del techo
acústico de la misma el cual estaba hecho de un material altamente combustible y
dando como resultado trágico; cerca de 240 muertes y 175 heridos.
La principal normativa adoptada a nivel mundial y especialmente en el continente
Americano que brinda los lineamientos para el diseño, construcción,
mantenimiento y pruebas de sistemas contra incendios, son la de la NFPA
(National Fire Protection Association) por sus siglas en inglés. Esta organización
fue creada en el año de 1896 con el fin de reducir los impactos adversos por
eventos de incendio, brindando códigos y normas, basados en experiencias e
investigación de incendios reales ocurridos a nivel mundial. Actualmente para
Colombia contamos con los capítulos J y K del Reglamento Colombiano de
Construcción Sismo Resistente (NSR-10), donde se abarca de manera general los
requerimientos de protección contra incendios para edificaciones, basados en los
códigos y normas de la NFPA.
El campo de la ingeniería de protección contra incendios está basado en cuatro
pilares fundamentales; protección de la vida de las personas, protección de la
propiedad, continuidad de la operación y protección al medio ambiente frente a un
evento de incendio.
13
La estrategia de protección contra incendio propuesta, para que la Universidad
Católica de Colombia sede el Claustro, obtenga niveles aceptables de seguridad
que aseguren la vida de sus ocupantes, la continuidad de operación, la protección
de la propiedad y protección al medio ambiente, están enfocados primordialmente
en la gerencia del impacto por incendio.
La estrategia propuesta en este documento está enfocada principalmente en la
gerencia del impacto por incendio ya que independientemente de la eficacia en las
prácticas de prevención, no se puede asegurar que no ocurra un incendio por
factores externos como labores de mantenimiento, errores humanos, incendios
provocados, entre otros.
Los sistemas de rociadores automáticos son el método más efectivo para el
control y extinción de incendios. De acuerdo a datos estadísticos de investigación
de incendios ocurridos en Estados Unidos, brindadas por la NFPA, el 95% de los
sistemas de rociadores automáticos instalados operaron en un evento de incendio
y estos fueron efectivos en el 96% de los casos.1
Por tal razón, el diseño, construcción, mantenimiento y pruebas de un sistema
contra incendios para la Universidad Católica de Colombia sede El Claustro
ofrecería en caso de incendios o desastres similares, un ambiente razonablemente
seguro para sus ocupantes (estudiantes, personal administrativo y visitantes).
1 NATIONAL FIRE PROTECTION ASSOCIATION. Automatic Sprinkler Systems Handbook. NFPA 13. Quincy, Massachusetts. Edición 2.010. Suplemento 2.
14
1. OBJETIVOS
1.1 OBJETIVO GENERAL
Realizar el diseño conceptual del sistema hidráulico de protección contra incendios
para la Universidad Católica de Colombia sede el Claustro, basado en las
condiciones actuales de uso y ocupación.
1.2 ALCANCE
Este documento tiene como alcance los siguientes ítems:
Identificación, análisis y evaluación de los riesgos presentes en la sede el
Claustro.
Definición de los criterios de diseño para el sistema hidráulico de protección
contra incendios de acuerdo a los códigos y normas aplicables para este tipo de
instalaciones.
Definición de las características técnicas más sobresalientes de los equipos
requeridos (Ej: capacidad equipo de bombeo, tamaño de la fuente de
abastecimiento de agua, etc.), que a su vez servirán para que a futuro se realice la
ingeniería básica detallada y la construcción del sistema contra incendios.
15
2. ESPECIFICACIONES DEL PROYECTO
2.1 ALCANCE
Este trabajo de grado tiene como alcance los siguientes ítems:
Clasificación y evaluación del riesgo de forma cualitativa para todas las áreas
de la Universidad Católica de Colombia sede el Claustro.
Definición de las alternativas de protección activas que se requieran.
Definición de los criterios de diseño de las diferentes alternativas planteadas
que sirvan de base para la siguiente etapa de diseño.
Este documento tiene también como alcance establecer una efectiva estrategia de
protección contra incendio definiendo el sistema de protección más costo-eficiente,
teniendo en cuenta que las instalaciones son existentes y basado en las mejores
prácticas recomendadas en ingeniería contra incendios.
2.2 NORMATIVA APLICADA
El trabajo de investigación incluido en este documento se realizó basado en la
última edición de la normativa internacional en seguridad contra incendios vigente
para este tipo de instalaciones, destacándose las normas de la National Fire
Protection Association (NFPA)y la normativa nacional NSR 10, entre las cuales
están:
2.2.1 Normativa NFPA.
NFPA 13 – Norma para la Instalación de Rociadores Automáticos.
16
NFPA 14 – Norma para la Instalación de Sistemas de Manguera.
NFPA 20 – Norma para la Instalación de Bombas de Incendio Centrífugas.
NFPA 22 – Norma para Tanques Utilizados para Redes Contra Incendios.
NFPA 72 – Código Nacional de Alarma de Incendio.
NFPA 101 – Código de Seguridad Humana.
NFPA 550 – Guía del Árbol de Decisiones para la Seguridad Contra Incendios.
NFPA 551 – Evaluación del análisis de Riesgo de Incendio.
NFPA – Manualde Protección Contra Incendios.
2.2.2 Normativa nacional.
NSR 10 – Reglamento Colombiano de construcción Sismo Resistente.
NTC 2301-2011 Norma para la Instalación de Sistemas de Rociadores.
NTC 1669-2009 Norma para la Instalación de Conexiones de Mangueras
Contra Incendio.
17
3. BASES DEL DISEÑO CONCEPTUAL
3.1 SISTEMA DE UNIDADES
Durante el desarrollo del diseño conceptual se utilizarán el sistema de medidas
americano, que es el origen de las normas NFPA.
CAUDAL Galones por minuto (gpm), litros por minuto (lpm)
DENSIDAD Galones por minuto por pie cuadrado (gpm/ft2)
DIÁMETRO Pulgadas (in)
PRESIÓN Libras por pulgada cuadrada (psi), Kg/cm2
SUPERFICIE Pies cuadrados (ft2), metros cuadrados (m2)
TEMPERATURA Farenheit (°F), centigados (°C)
VOLUMEN Galones (gls), metros cúbicos (m3)
3.2 DATOS DE ENTRADA
Como datos de entrada para el desarrollo de este documento de investigación y
para la evaluación y clasificación del riesgo de incendio, las áreas generales que
componen la sede el Claustro será clasificada por tipo de ocupación de acuerdo a
las definiciones dadas por la norma NFPA 101 (Código de Seguridad Humana) y
la NSR-10, como se describe a continuación:
18
3.2.1 Áreas Administrativas y Oficinas. Estas áreas están clasificadas como
OCUPACIONES DE OFICINAS O NEGOCIO; definición dada por la NFPA 101,
Ed. 2012, numeral 3.3.188.3* como: “ocupación utilizada para llevar cuentas y
registros, donde no se llevan a cabo procesos de producción, almacenamiento o
venta de productos”.
Según NSR 10, estas áreas se clasifican como “SUBGRUPO DE OCUPACIÓN
COMERCIAL SERVICIOS” (C1).
3.2.2 Auditorios y Salones de Clases. Estas áreas están clasificadas como
OCUPACIONES DE REUNIONES; definición dada por la NFPA 101, Ed. 2012,
numeral 3.3.190.2* como: “ocupación utilizada para albergar a 50 o más personas,
para deliberaciones, culto, entretenimiento, comidas, bebidas, diversión, espera de
transporte o usos similares”. Dentro de estas ocupaciones también se encuentran
las áreas de, halles de reunión, auditorios, salones de conferencias, gimnasios,
casinos entre otros.
Según NSR 10, estas áreas se clasifican como “SUBGRUPO DE OCUPACIÓN
LUGARES DE REUNIÓN CULTURALES (L-2)”.
3.2.3 Plantas Eléctricas. Estas áreas están clasificadas como SERVICIOS
INDUSTRIALES; definición dada por la NFPA 101, Ed. 2012, numeral 3.3.178.8*
como: “ocupación donde se llevan a cabo operaciones industriales de riesgo leve
u ordinario, en edificios de diseño convencional, adecuados para varios tipos de
procesos industriales”.
Según NSR 10, estas áreas se clasifican como “SUBGRUPO DE OCUPACIÓN
FABRIL E INDUSTRIAL DE RIESGO MODERADO” (F-1).
19
En la Tabla 1 se hace una descripción de cada una de las áreas de la instalación
indicando su uso, tipo de estructura, condiciones especiales y clasificación para
efectos de protección contra incendios, para luego definir el tipo de ocupación
según la normativa de referencia (ver capítulo 5).
Tabla 1. Descripción y Clasificación de Áreas Sede el Claustro.
ÁREA DESCRIPCIÓN CLASIFICACIÓN OCUPACIÓN REFERENCIA NORMATIVA
1
Áreas Administrativas:
Las áreas administrativas comprenden
todas las áreas de oficinas.
Tipo de cubierta: Cielo falso con
estructura en concreto.
- Ocupaciones de Negocio
- Ocupación Comercial
Servicios C-1
- NFPA
101
- NSR-
10
2
Auditorios y Salones de Clase:
En estas áreas se dictan las clases de
las diferentes facultades.
Tipo de cubierta: Techo y columnas en
concreto.
- Reuniones
- Lugares de Reunión
Culturales L-2
- NFPA
101
- NSR-
10
3
Área de Servicios Industriales:
Área destinada para todos los servicios
industriales utilizados por la
Universidad para su funcionamiento,
estas se encuentran:
Planta de Emergencia.
- Servicios Industriales
- Fabril e Industrial de
Riesgo moderado F-1
- NFPA
101
- NSR-
10
Fuente. El Autor.
20
4. DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LOS RIESGOS
La clasificación del riesgo es un medio eficaz para entender el nivel del mismo
para cada área o estructura; y el grado de importancia que tiene para los objetivos
de la protección contra incendio planteados.
En este capítulo se define y explica de forma cualitativa la clasificación del riesgo
(ver tabla 2) de cada una de las áreas de la universidad definidas en el capítulo 4
de este documento, según los criterios dados por la norma NFPA 551, Tabla
A.5.2.5 Categorías del Riesgo. Ver tabla 6.
Tabla 2. Descripción Categorías del Riesgo Según NFPA 551.
CLASIFICACIÓN DEL RIESGO
DESCRIPCIÓN
DESPRECIABLE
El impacto de las pérdidas será tan bajo que no tendrá un efecto
representativo en la vida de las personas, las instalaciones y sus
operaciones. Este nivel de riesgo no requiere protección.
MARGINAL
Las pérdidas tendrán impacto en las instalaciones, que pueden
tener que suspender brevemente algunas operaciones. Puede
ser necesario invertir algo de dinero para que en las
instalaciones se reanuden las operaciones. Podría haber
lesiones personales menores. El nivel del riesgo no requiere
protección si son tomadas medidas en prevención; podría
requerir protección si la importancia del área lo amerita.
CRÍTICO
Las pérdidas tendrán un alto impacto en las instalaciones, que
pueden tener que suspender las operaciones. Puede ser
necesario invertir una significativa suma de dinero para que las
instalaciones reanuden todas las operaciones. Debido a este
evento podría haber paro de operaciones parcial. Podría haber
21
CLASIFICACIÓN DEL RIESGO
DESCRIPCIÓN
lesiones personales y posiblemente víctimas fatales. Este nivel
del riesgo requiere protección dedicada o fija para la protección,
según las prácticas recomendadas.
CATASTRÓFICO
El incendio provocará una o más víctimas fatales, el impacto en
las instalaciones es de destrucción total lo que podrá generar un
cierre de largo plazo o permanente. Debido a este evento podría
haber paro de operaciones total de las instalaciones. Este nivel
del riesgo requiere protección fija (activa y pasiva) y controles
operacionales, según las prácticas recomendadas.
Fuente. NFPA 551. Guide for the Evaluation of Fire Risk Assesments. Edición
2.013. Tabla A.5.2.5(b).
Tabla 3. Descripción del Riesgo y su Clasificación.
ÍTEM ÁREA DESCRIPCIÓN DEL RIESGO CLASIFICACIÓN
DEL RIESGO
1 Áreas
Administrativas
La carga combustible de estas
áreas es baja, pero estas áreas son
de importancia alta debido a que
allí está información relevante para
la operación de la Universidad.
Uno de los factores que puede
incrementar la consecuencia de un
incendio en estas áreas es el
hecho de que estas áreas en horas
de la noche se convierten en un
área desatendida.
MARGINAL
Incendio de muy
baja probabilidad
y consecuencias
altas.
2 Auditorios y La carga combustible de estas MARGINAL
22
ÍTEM ÁREA DESCRIPCIÓN DEL RIESGO CLASIFICACIÓN
DEL RIESGO
Salones de Clase áreas es baja, pero estas áreas son
de importancia alta debido a que
allí se imparten las diferentes
cátedras y la mayoría del tiempo
está ocupadas por personal
estudiantil y de docentes.
Uno de los factores que pueden
incrementar la consecuencia de un
incendio en estas áreas es el
hecho de que estas áreas en horas
de la noche se convierten en un
área desatendida.
Incendio de muy
baja probabilidad
y consecuencias
altas.
3
Servicios
Industriales
(planta de
emergencia,
estación de
residuos y
basura)
Estos equipos representan
“órganos” vitales para la operación
de la universidad y debido a su
condición de operación, tiene una
probabilidad de falla probable, el
cual hace que sea necesario la
protección con sistemas contra
incendio adecuados para estos
riesgo, debido a que la
consecuencia de un evento en
cualquiera de estos equipos
representaría una parada de
operación y/o rápida propagación
de incendios.
CRÍTICO
Incendio de
media
probabilidad, y
consecuencias
altas.
Fuente. El Autor.
23
5. DEFINICIÓN DE LOS REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓN Y CRITERIOS DE DISEÑO
Basados en la clasificación del riesgo y el impacto que representa cada uno, a
continuación se definen los requerimientos de protección y sus criterios de diseño.
Los requerimientos de protección están basados en el árbol de decisiones para la
protección contra incendios y están dirigidos principalmente al control del fuego y
de la exposición que tienen como principal objetivo reducir el nivel de impacto que
pueda tener cualquiera de los riesgos analizados en el capítulo anterior.
Figura 1. Árbol de decisiones para la Protección Contra Incendio.
OBJETIVOS DE LA PROTECCIÓNCONTRA INCENDIOS
GERENCIA DEL IMPACTODE INCENDIO
PREVENCIÓN DE IGNICIÓNDEL FUEGO
CONTROL DE LA EXPOSICIÓN
CONTROL DELFUEGO
SUPRESIÓNDEL
FUEGO
CONTROLDEL
FUEGOPOR
CONSTRU-CCIÓN
LIMITARELEMENTOSEXPUESTOS
PROTEGERELEMENTOSEXPUESTOS
Fuente. NFPA 550. Guide to the Fire Safety Concepts Tree. Edición 2.013. Figura
4.3.
24
5.1 CONTROL DEL FUEGO POR SUPRESIÓN
De acuerdo a los criterios dados por la Norma NFPA 101 y la NSR-10, las áreas
administrativas, auditorios, salones de clase y servicios industriales, deben estar
protegidas por un sistema aprobado y eléctricamente supervisado, de rociadores
automáticos diseñadosde acuerdo con la última versión del código para suministro
de agua para extinción de incendios en edificios, NTC 2301 y como referencia la
norma para la instalación de sistemas de rociadores automáticos, NFPA 13.
Con base en este requerimiento a continuación se dan los criterios de diseño para
los sistemas de rociadores, de acuerdo a los lineamientos de la norma NFPA 13.
5.1.1 Descripción sistemas de supresión a base de agua requeridos. A
continuación se hace un resumen de los sistemas contra incendio requeridos
según la descripción del riesgo y su clasificación.
Tabla 4. Requerimientos de protección para control del fuego por supresión.
ÍTEM ÁREA PROTECCIÓN REQUERIDA
NORMATIVA DE REFERENCIA PARA DISEÑO
TIPO DE RIESGO SEGÚN
NFPA 13
1 Áreas
Administrativas
Rociadores
Automáticos y
Conexiones de
Mangueras
NFPA 13
NFPA 14 Riesgo Leve
2
Auditorios y
Salones de
Clases
Rociadores
Automáticos y
Conexiones de
Mangueras
NFPA 13
NFPA 14 Riesgo Leve
3 Servicios
Industriales
Rociadores
Automáticos y
NFPA 13
NFPA 14
Riesgo
Ordinario
25
ÍTEM ÁREA PROTECCIÓN REQUERIDA
NORMATIVA DE REFERENCIA PARA DISEÑO
TIPO DE RIESGO SEGÚN
NFPA 13
Conexiones de
Mangueras
Grupo 2
Fuente. El Autor.
En el siguiente numeral se definen los criterios de diseño de cada uno de estos
componentes.
5.1.2 Criterios de diseño sistemas de supresión a base de agua
Criterios de diseño sistemas de rociadores. Los criterios para cada una de las
áreas son presentados en unos formatos que contiene:
- El formato describe las condiciones de cada área que es la base para definir
los criterios de diseño de los sistemas de rociadores. Los criterios detallados de
diseño del sistema de rociadores requerido y las necesidades de agua, sobre las
cuales se establece la cantidad de agua (tanque de almacenamiento de agua
contra incendio) y el tamaño de la bomba contra incendio requeridos, según lo
indicado por la NFPA 13.
26
Tabla 5. Criterios de diseño de rociadores Áreas Administrativas.
Altura Piso a Techo: Pendiente del Techo:(pies) (%)(1) Porcentaje dereducción de diseño:
(6) Factor "K" de (10) Núm. de Rociadores 5descarga: a operar (un) 4
(3) Área de Diseño: 900 (7) Temp. de Activación: 57-77 (11) Caudal por rociador:(pies2) 1 (°C) Ordinaria (gpm)(4) Densidad de (8) Área Máx. de Caudal Total en Aplicación: (gpm/pie2) Cobertura: (pies2) Rociadores (gpm)
(9) Rosca Rociador: (12) Caudal requerido(in) Mangueras (gpm)
Caudal Total (gpm) (13) Tiempo de Volumen Requerido:(Roc. + mangueras) Autonomía (min) (m3)
( # ) Referencia bibliográfica tomada de la NFPA 13 Ed. 2013
1. Figura 11.2.3.2.3.1 5. Numeral 11.2.3.2.3 9. Tabla 6.2.3.12. Numeral 5.2* 6. Tabla 6.2.3.1 10. Área de diseño/Área de cobertura3. Figura 11.2.3.1.1 7. Tabla 6.2.5.1 11. Área de cobertura x densidad4. Figura 11.2.3.1.1 8. Tabla 8.6.2.2.1 (a) 12. y 13. Tabla 11.2.3.1.2
RESUMEN NECESIDADES DE AGUA
212,5 30 27
0,1 225 112,5
(5) Tipo de Rociador: Resp. Rápida ½" 100
CRITERIOS DE DISEÑO SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS
(2) Tipo de Riesgo: Leve 5.6
22,5
CONDICIONES GENERALES DEL ÁREA
Nombre Edificación:Áreas
administrativas 10 0
Uso del áreaOficinas / Reunión 40 Tipo de Techo: Techo Falso
Fuente. El Autor.
Tabla 6. Criterios de diseño de rociadores Auditorios y Salones de Clase.
Altura Piso a Techo: Pendiente del Techo:(pies) (%)(1) Porcentaje dereducción de diseño:
(6) Factor "K" de (10) Núm. de Rociadores 6descarga: a operar (un) 5
(3) Área de Diseño: 1125 (7) Temp. de Activación: 57-77 (11) Caudal por rociador:(pies2) 1 (°C) Ordinaria (gpm)(4) Densidad de (8) Área Máx. de Caudal Total en Aplicación: (gpm/pie2) Cobertura: (pies2) Rociadores (gpm)
(9) Rosca Rociador: (12) Caudal requerido(in) Mangueras (gpm)
Caudal Total (gpm) (13) Tiempo de Volumen Requerido:(Roc. + mangueras) Autonomía (min) (m3)
( # ) Referencia bibliográfica tomada de la NFPA 13 Ed. 2013
1. Figura 11.2.3.2.3.1 5. Numeral 11.2.3.2.3 9. Tabla 6.2.3.12. Numeral 5.2* 6. Tabla 6.2.3.1 10. Área de diseño/Área de cobertura3. Figura 11.2.3.1.1 7. Tabla 6.2.5.1 11. Área de cobertura x densidad4. Figura 11.2.3.1.1 8. Tabla 8.6.2.2.1 (a) 12. y 13. Tabla 11.2.3.1.2
235
Resp. Rápida
2930
½"
RESUMEN NECESIDADES DE AGUA
225
5.6
(5) Tipo de Rociador:
Tipo de Techo:
22,5
135
100
Leve
0,1
CRITERIOS DE DISEÑO SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS
20
25 Techo Falso
0
(2) Tipo de Riesgo:
Auditorios y Salones
Capacitación / ReuniónUso del área
Nombre Edificación:
CONDICIONES GENERALES DEL ÁREA
Fuente. El Autor.
27
Tabla 7. Criterios de diseño de rociadores Servicios Industriales.
Altura Piso a Techo: Pendiente del Techo:(pies) (%)(1) Porcentaje dereducción de diseño:
(6) Factor "K" de (10) Núm. de Rociadores 9descarga: a operar (un) 8,653846154
(3) Área de Diseño: (7) Temp. de Activación: 57-77 (11) Caudal por rociador:(pies2) (ºC) Ordinaria (gpm)(4) Densidad de (8) Área Máx. de Caudal Total en Aplicación: (gpm/pie2) Cobertura: (pies2) Rociadores (gpm)
(9) Rosca Rociador: (12) Caudal requerido(in) Mangueras (gpm)
Caudal Total (gpm) (13) Tiempo de Volumen Requerido:(Roc. + mangueras) Autonomía (min) (m3)
( # ) Referencia bibliográfica tomada de la NFPA 13 Ed. 2013
1. Figura 11.2.3.2.3.1 5. Numeral 11.2.3.2.3 9. Tabla 6.2.3.12. Numeral 5.3* 6. Tabla 6.2.3.1 10. Área de diseño/Área de cobertura3. Figura 11.2.3.1.1 7. Tabla 6.2.5.1 11. Área de cobertura x densidad4. Figura 11.2.3.1.1 8. Tabla 8.6.2.2.1 (b) 12. y 13. Tabla 11.2.3.1.2
CONDICIONES GENERALES DEL ÁREA
CRITERIOS DE DISEÑO SISTEMA DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS
RESUMEN NECESIDADES DE AGUA
(5) Tipo de Rociador: ½" o ¾" 250
484 60 121
(2) Tipo de Riesgo: Ordinario 2 8.0
26
0,2 130 234
Resp. Rápida
1125
Nombre Edificación:Servicios
Industriales 20 8
Uso del áreaGeneración
Energía Tipo de Techo:Estructura Metálica25
Fuente. El Autor.
28
6. RESULTADOS
Con base en la clasificación y caracterización de los riesgos de las diferentes
áreas de la Universidad Católica de Colombia, y los criterios de diseño
mencionados en los capítulos 5 y 6 de este documento, a continuación se dan los
resultados de las necesidades de agua para el sistema contra incendios.
6.1 RESUMEN NECESIDADES DE AGUA SISTEMAS DE ROCIADORES
A continuación se presenta una tabla de resumen con las áreas de mayor
demanda de agua de cada una de las áreas, con la cual se define el tamaño de la
bomba contra incendio y tanque de almacenamiento de agua requeridos para la
protección contra incendio de la Universidad Católica de Colombia sede el claustro
y la suplencia de todos los riesgos presentes, según los mecanismos de
protección contra incendio definidos en este documento.
Tabla 8. Resumen Necesidades de Agua y Caudal del Sistema.
ÁREA DE RIESGO CAUDAL
REQUERIDO (gpm)
VOLUMEN DE AGUA REQUERIDO (m3)
Áreas Administrativas 212,5 27
Auditorios y Salones de Reunión 235 29
Servicios Industriales 484 121
Fuente: Autor.
Basado en el resumen descrito en la tabla 16, se concluye que el área de mayor
demanda de agua en caudal y almacenamiento, son las áreas de servicios
industriales, por lo tanto, la red contra incendio deberá tener las características
para suplir las demandas de este sistema particular.
29
Figura 2. Rociador Automático.
Fuente. RELIABLE SPRINKLER. Comercializador de productos contra incendios,
[en línea]. Bogotá: [citado 12 noviembre, 2014]. Disponible en Internet:
<URL:http://www.reliablesprinkler.com/sprinklers.php>.
6.2 CRITERIOS DE DISEÑO RED PRINCIPAL
La Universidad Católica de Colombia sede el claustro deberá contar con una Red
contra incendio diseñada de acuerdo a lo estipulado en la norma NTC 1669 y
como referencia las normas NFPA 24 (Redes privadas contra incendio) y NFPA 14
(Sistemas de conexiones de mangueras) que cubra todas las áreas de la misma;
esta red debe contar con conexiones para mangueras del tipo Clase III (es decir,
equipado con manguera de 1½” y conexión para manguera de 2½” diseñadas para
ser usadas por la brigada y/o el cuerpo de Bomberos) en todas las salidas de
emergencia y Clase II (equipada con manguera de 1½”) en las demás áreas que
por cubrimeinto no estén protegidas con conexiones clase III.
El cubrimiento con mangueras debe ser tal que la distancia entre la zona más
lejana a proteger en cualquier área, medida desde la conexión de manguera, no
30
debe superar los 39,7 m (distancia medida a través del recorrido real que hace la
manguera) según NFPA 14.
Los gabinetes con manguera de 1½” (clase II) deberán estar ubicados en los
corredores que tengan acceso a las salidas de emergencia, separados de cargas
combustibles y libres de obstrucciones.
La red principal debe contar con conexiones con cheque (siamesas) que permitan
la alimentación de agua y presión a la red con la ayuda de un camión de
bomberos si se cuenta con hidrantes de la red pública (tipo calle) cerca de la
Universidad. En caso de que no haya hidrantes públicos cerca a la Universidad
católica de Colombia sede el claustro, estos se podrán solicitar a la Empresa de
Acueducto y Alcantarillado de Bogotá, EAAB.
Debido a que las condiciones de los riesgos analizados requieren la instalación de
rociadores automáticos, la capacidad de la red (diámetro, tamaño de bomba,
capacidad de tanque de agua, etc.) deberá ser la establecida por la demanda de
rociadores más la complementaria en mangueras. De acuerdo a la disposición de
las instalaciones se sugiere el diseño e instalación de una red principal compuesta
por tubería de acero carbono ASTM A-53 Sch 40 preferiblemente.
Se requiere que el diseño de la red principal contra incendio este basado en
anillos hidráulicos, que permitan un óptimo comportamiento hidráulico de la red y
la disminución de diámetros de tuberías. La red diseñada debe tener capacidad de
abastecer la máxima demanda de agua y presión requerida en la Universidad y
que está representada por el sistema de rociadores automáticos requerido en las
áreas de servicios industriales.
Los diámetros de la red deben ser determinados para suplir la demanda del riesgo
de mayor demanda que está dada por los sistemas particulares de rociadores
31
automáticos y para su verificación debe realizarse una validación hidráulica por
computador con un software especializado en sistemas contra incendio y se deben
hacer simulaciones por cada sistema de rociadores, sin embargo en todo caso
estos diámetros de alimentación principal deberán ser mínimo de 6” de acuerdo a
los criterios dados por la Norma NFPA 24.
La red debe contar con válvulas de corte que permitan sectorizar la red por tramos
o por etapas, de tal forma que se puedan realizar mantenimientos, ampliaciones
y/o reparaciones a la red sin suspender el servicio en toda la instalación.
Figura 3. Conexión de Manguera Clase II.
Fuente. EXTINTORES ATLAS. Comercializado de productos contra incendios, [en
línea]. Bogotá: [citado 12 noviembre, 2014]. Disponible en Internet:
<URL:http://www.extintoresatlas.com/productoscontraincendio.html>.
32
Figura 4. Conexión de Manguera Clase III.
Fuente. ABASTECEDORA COLOMBIANA DE EXTINTORES. Comercializado de
productos contra incendios, [en línea]. Bogotá: [citado 12 noviembre, 2014].
Disponible en Internet:
<URL:http://www.abastecedoracolombianadeextintores.com/v2/index.php?option=
com_content&view=article&id=61:gabinetes-y-accesorios-contra-
incendio&catid=15:empresa-productos&Itemid=78>.
6.3 CRITERIOS DE DISEÑO EQUIPO DE BOMBEO CONTRA INCENDIO
Basados en los criterios de diseño dados para la protección con rociadores
automáticos en las áreas de servicios industriales (mayor riesgo) a continuación se
define el equipo de bombeo contra incendio requerido:
Una (1) bomba principal horizontal, accionada por motor diesel, con capacidad
en su punto nominal de 500 Gpm @ 130 Psi. ListadaUL y aprobada FM para el
servicio contra incendio.
33
Una (1) bomba jockey (sostenedora de presión), accionada por motor eléctrico,
con capacidad de 5 Gpm @ 140Psi.
La presión nominal definida para estos equipos de bombeo son estimadas de
acuerdo a lo que se maneja normalmente en este tipo de redes, sin embargo esta
presión real requerida será definida en la etapa de diseño básico detallado, sí la
Gerencia de la Universidad católica de Colombia decide continuar con la siguiente
fase de este proyecto. Esta fase del proyecto deberá ser ejecutado por personal
especialista en protección contra incendios, identificados por la sigla CEPI –
Certificado Especialista en protección contra Incendios.
Figura 5. Bomba Principal Contra Incendios.
Fuente. AURORA PUMP. Comercializado de bombas para protección contra
incendios, [en línea]. Bogotá: [citado 12 noviembre, 2014]. Disponible en Internet:
<URL:http://www.aurorapump.com/EngineeredProduct_FirePumpSplitCase_Diesel
.aspx>.
34
Figura 6. Bomba Jockey Sostenedora de Presión.
Fuente. AURORA PUMP. Comercializado de bombas para protección contra
incendios, [en línea]. Bogotá: [citado 12 noviembre, 2014]. Disponible en Internet:
<URL: http://www.aurorapump.com/EngineeredSearchResults.aspx?Term=jckey>.
6.4 CRITERIOS DE DISEÑO FUENTE DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
Según los criterios de diseño dados en este numeral, se requiere una fuente de
abastecimiento de agua con capacidad para almacenar 121 m3. Esta capacidad
fue determinada basada en la demanda de agua, expresada en gpm del mayor
riesgo que debe ser abastecida por un tiempo de 60 minutos, según lo establecido
por los criterios de diseño.
35
Figura 7. Fuente de abastecimiento de agua.
Fuente. SUPERIOR TANK. Comercializado de tanques en acero soldados y
pernados para el servicio contra incendios, [en línea]. Bogotá: [citado 12
noviembre, 2014]. Disponible en Internet:
<URL:http://superiortank.com/industries/fire-protection/>.
36
7. CONCLUSIONES
Los sistemas de rociadores automáticos son el método más efectivo para el
control y extinción de incendios, por tanto la implementación de este tipo de
sistema de protección ofrecería un ambiente razonablemente seguro para sus
ocupantes (estudiantes, personal administrativo y visitantes).
De acuerdo a los criterios de diseño establecidos, se requiere la
implementación de un sistema contra incendios con las siguientes capacidades; -
Tanque de Almacenamiento de Agua de 121 m3 y una Bomba Contra Incendio
con capacidad nominal de 500 gpm.
El diseño conceptual realizado y los resultados obtenidos, sirven como base
para la realización del diseño detallado y posterior construcción del sistema contra
incendios para la Universidad Católica de Colombia sede El Claustro.
37
BIBLIOGRAFÍA
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productos contra incendios, [en línea]. Bogotá: [citado 12 noviembre, 2014].
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