INTRODUCCIÓN

El objetivo principal de realizar el cálculo hidráulico para un sistema de mangueras es determinar su demanda, en base a la cual se determina la capacidad que debe tener el suministro de agua, generalmente conformado por una bomba contra incendio y un tanque o reservorio de agua.

Para todos los sistemas de extinción de incendios, el proceso de realizar los cálculos hidráulicos es básicamente el mismo. Se comienza desde el punto más remoto hidráulicamente y se recorre el trayecto hasta la bomba contra incendio.

La mayoría de los sistemas de extinción de incendios cuentan con un suministro de agua, pero los sistemas de mangueras generalmente tienen más de uno, dado que la conexión para el Cuerpo de Bomberos también se considera un suministro de agua, que en algunos casos puede ser fundamental para la eficacia del sistema.

CÁLCULO HIDRÁULICO DE SISTEMAS DE MANGUERAS CLASE I Y CLASE III

El procedimiento de cálculo hidráulico es el mismo para los sistemas de manguera Clase I y Clase III. La demanda de flujo de 250 gpm en cada una de las conexiones de manguera de Ø2,5” debe estar disponible a una presión de al menos 100 psi. Al respecto, ver este artículo.

Seguidamente se presenta un procedimiento paso a paso para el cálculo de un sistema de mangueras automático de tubería húmeda, Clase I, cuya configuración se muestra en la siguiente figura.

Como puede observarse, se trata de un sistema de configuración sencilla, con sólo dos tuberías montantes.

Para realizar el seguimiento de los nodos de cálculo, se utilizará una hoja de trabajo estandarizada como la mostrada en la siguiente figura, la cual fue explicada en un artículo anterior.

Al tratarse de un sistema Clase I, se debe garantizar un flujo mínimo de 250 gpm en cada uno de los tres puntos (nodos de cálculo) señalados como A, B y C en la figura 1, a una presión mínima de 100 psi.

En la figura 3 se muestra una ampliación de la conexión de manguera en el nodo A, que en realidad está en el tubo montante del sistema; pero donde se requiere la presión de 100 psi es en la conexión de manguera; es decir, en la salida de la válvula, indicada como nodo O, y es allí donde comienza el cálculo, no en el tubo montante.

CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA DE MANGUERAS

En este ejemplo se asume que toda la tubería del sistema es de acero al carbono cédula 40. Al tratarse de un sistema húmedo, corresponde un factor de rugosidad C igual a 120. El diámetro, tanto de las tuberías montantes como de las tuberías de interconexión desde el suministro de agua hasta los montantes, es de 4”.

La diferencia de altura entre las conexiones de manguera en los montantes es de 3 metros. La longitud total de los montantes es de 15 metros. La distancia entre los montantes es de 75 metros, y la distancia entre el suministro de agua y el primer montante es de 60 metros. La diferencia de elevación entre el suministro de agua y las conexiones de manguera más altas es de 18 metros.

PRIMER PASO DEL CÁLCULO HIDRÁULICO

El primer paso en el cálculo es entre el nodo O y el nodo A (ver figura 3). El caudal de 250 gpm, para llegar al nodo O, pasa a través de un niple Ø2,5” de 1 pie de largo y por la válvula de ángulo recto.

La pequeña diferencia en la elevación entre el nodo O y el nodo A es «despreciable», por lo que no es necesario considerarla; se utiliza la elevación del nodo A en el cálculo. Como accesorio, en este paso, se tiene la válvula en ángulo.

Seguidamente se muestra el primer paso del cálculo, entre el nodo O y el nodo A.

En este paso del cálculo se ha determinado que la demanda de presión en el nodo A es de 106,88 psi.

SEGUNDO PASO DEL CÁLCULO HIDRÁULICO

El siguiente paso es calcular el tramo del montante entre el nodo A y el nodo B. En este paso no se agrega caudal. Los 250 gpm que fluyen por el nodo A vienen desde el nodo B.

Se debe tener en cuenta que en el segundo paso hay un cambio de elevación entre los nodos A y B de 3 metros (9,84 pies). El cambio de elevación básicamente corresponde a la altura de cada nivel del edificio. Como accesorio, en este paso se considera un codo de 90º, que no existe físicamente, pero el flujo de agua se desvía en el nodo A para salir por el nodo O (ver figura 3).

En este paso del cálculo se ha determinado que la demanda de presión en el nodo B es de 111,54 psi. Es importante destacar que al ser la presión en el nodo B mayor que en el nodo A, lógicamente, en esa conexión de manguera saldrá un caudal mayor a 250 gpm; pero esa pequeña diferencia no es relevante para el resultado final, por lo que no se requiere balancear el caudal en el nodo B.

TERCER PASO DEL CÁLCULO HIDRÁULICO

El tercer paso del cálculo va desde el nodo B hasta el nodo D (ver figura 1). Puede hacerse de esa manera porque no hay cambios en el caudal, el factor C o el diámetro de la tubería en todo ese trayecto, por lo que no es necesario colocar ningún otro nodo.

En este paso habrá 87 metros (285,36 pies) de tubería (distancia entre los nodos D y B). Como accesorios se tiene una válvula de compuerta, un codo 90º radio largo y una te. La te está en la salida del montante hacia la conexión de manguera en el nodo B. El caudal en este paso será de 500 gpm, que suben por el montante hacia los nodos A y B.

En el nodo D la demanda de presión es de 151,14 psi. Igual que para el nodo B, en el proceso de cálculo no se requiere balancear el caudal en el nodo D. Lógicamente, en la conexión de manguera del nodo C saldrá un caudal mayor a 250 gpm, pero esa diferencia no resulta relevante para el resultado final.

CUARTO PASO DEL CÁLCULO HIDRÁULICO

Desde el nodo D hacia el suministro de agua (nodo E), el caudal será de 750 gpm, ya que se agregan los 250 gpm que deben descargarse en el nodo C a los 500 gpm de los nodos A y B.

En este paso habrá 60 metros (196,8 pies) de tubería. Como accesorios se tiene una válvula de compuerta, una válvula check, dos codos 90º radio largo y una te. La te que se contabiliza es la que da salida al montante donde se ubica el nodo C. La te de la conexión para Bomberos no se contabiliza.

En el nodo E, que puede ser la brida de descarga de la bomba contra incendio, la demanda de presión es de 193,83 psi.

(Puede descargar una copia de la hoja de cálculo con el ejemplo resuelto en este enlace)

ANÁLISIS DEL RESULTADO DEL CÁLCULO HIDRÁULICO

El resultado del cálculo indica que la presión total requerida en el suministro de agua cuando aporte 750 gpm debe ser de 194 psi, para que en las conexiones de manguera más remotas del sistema se tengan por lo menos 100 psi.

Desde el punto de vista práctico, una presión de 194 psi podría considerarse poco adecuada, ya que es relativamente alta y puede generar inconvenientes, como que se tengan que instalar accesorios calificados para presión mayor a 175 psi, o que la presión en las conexiones de manguera de los niveles inferiores sea difícil de manejar.

¿CÓMO OPTIMIZAR EL SISTEMA DE MANGUERAS?

Para bajar el requerimiento de presión en el sistema de mangueras, la mejor opción es cambiar el diámetro de la tubería que va desde el suministro de agua hasta el montante más remoto, de Ø4” a Ø6”. Dejar en Ø4” sólo los montantes, con lo que probablemente se obtendría una presión por debajo de 175 psi. Tomar en cuenta que al realizar este cambio, es necesario agregar un nodo en la base del montante más remoto.

CÁLCULO HIDRÁULICO ADICIONAL

Para los sistemas de mangueras contra incendios es necesario realizar otro cálculo hidráulico, desde la conexión de manguera más remota hasta la conexión para Bomberos. Los primeros pasos de ese cálculo serían los mismos mostrados en el ejemplo, pero el último paso sería entre el nodo D y la conexión para Bomberos, en lugar de ir hasta la bomba contra incendio.

Si el sistema de mangueras contra incendios cuenta con más de una conexión para Bomberos, se requiere realizar el cálculo hidráulico hacia cada una de ellas.

• Notas:
  1. El contenido de este artículo no es una Interpretación Formal de NFPA. Lo aquí expresado es la interpretación personal del autor y no necesariamente representa la posición oficial de las normas NFPA y sus Comités Técnicos. Por otra parte, el lector es libre de estar de acuerdo o no con lo aquí expresado.
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