INTRODUCCIÓN
En este artículo explico cuáles son los pasos a seguir para realizar el cálculo hidráulico de los sistemas de mangueras contra incendios, de manera manual, utilizando un formato estandarizado.
Para todos los sistemas de extinción de incendios, el procedimiento para realizar los cálculos hidráulicos es básicamente el mismo. Se comienza desde el punto más remoto hidráulicamente y se recorre el trayecto hasta el suministro de agua. Para el proceso se asignan “nodos de cálculo” para referenciar puntos de interés, en algunos de los cuales se conocen los requerimientos y en otros se busca determinar parámetros como el caudal y la presión.
El objetivo principal del cálculo hidráulico de los sistemas de mangueras contra incendios es determinar la presión y el caudal necesarios en el nodo correspondiente al suministro de agua para satisfacer los requerimientos del sistema.
HOJA PARA CÁLCULO HIDRAÚLICO DE SISTEMAS DE MANGUERAS
Para realizar el seguimiento de los nodos durante el proceso de cálculo hidráulico, se puede utilizar una hoja de trabajo estandarizada, para plasmar toda la información necesaria y asegurarse de que los cálculos sean realizados correctamente.
La hoja de trabajo estandarizada para el cálculo de sistemas de manguera contra incendios se muestra en la siguiente figura. Es similar a la utilizada para calcular sistemas de rociadores, sólo que no trae la columna de “Factor K”.
Cada fila (líneas gruesas) de la hoja de cálculo hidráulico corresponde a un paso en el proceso.
Será necesario un paso cada vez que cambie el caudal, el factor C o el diámetro de la tubería, dado que estas son las variables que intervienen en la fórmula de Hazen-Williams. Si alguna de estas variables cambia, es necesario un paso diferente para que puedan ingresarse en la fórmula; esto se denota asignando un nodo en el lugar del cambio.
(Puede descargar una copia de la hoja de trabajo en este enlace)
DESCRIPCIÓN DE LA HOJA PARA CÁLCULO HIDRAÚLICO DE SISTEMAS DE MANGUERAS
(A medida que se avance en la lectura conviene volver a revisar la imagen de la hoja de trabajo mostrada arriba).
PRIMERA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Esta columna es para indicar los nodos. Cada paso en el procedimiento de cálculo tiene un nodo inicial y un nodo final. Cada fila de la hoja se divide en una mitad superior y una mitad inferior. La mitad superior de la fila se aplica al nodo inicial del paso y la mitad inferior de la fila se aplica al nodo final.
SEGUNDA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Corresponde a la elevación. Se coloca la elevación del nodo inicial en la parte superior de la fila y la del nodo final en la parte inferior. Si la elevación cambia entre nodos, entonces la presión de elevación deberá tenerse en cuenta en el resumen de presión.
TERCERA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Corresponde al caudal. La parte superior de la fila es para el caudal (q) que sale del nodo al comienzo del paso. La parte inferior es para el caudal total (Q) en el tramo de tubería entre el nodo inicial y el final. Para el primer paso de los cálculos, “q” y “Q” son iguales. Para los demás pasos, “q” será menor que “Q”. Si no hay descarga en el nodo no habrá “q”.
CUARTA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Es para indicar el diámetro de la tubería. En la parte superior de la fila se indica el diámetro nominal. En la parte inferior de la fila se indica el diámetro interno, que depende de la cédula (schedule) del tubo. Este último es el que se utiliza en la fórmula de Hazen-Williams.
QUINTA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
En ésta se indican los accesorios y válvulas que existen entre los nodos considerados. Se listan los dispositivos y luego se agrega la longitud equivalente correspondiente en la siguiente columna.
SEXTA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Es para indicar la longitud de la tubería y los accesorios. Esta columna se divide en tres partes. En la primera se ingresa la longitud real de la tubería entre el nodo inicial y el nodo final. En la segunda parte se agrega la longitud equivalente total de todos los elementos enumerados en la columna anterior. La tercera parte es para la longitud total (longitud de la tubería más la longitud equivalente de accesorios).
SÉPTIMA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
En ésta se indica la pérdida por fricción por unidad de longitud entre los nodos, calculada mediante la fórmula de Hazen-Williams. Es aconsejable utilizar tres dígitos decimales. En la parte superior se indica el factor de rugosidad C de la tubería.
OCTAVA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Es el sumario de presiones que existen en el tramo, y está dividida en tres partes.
La parte superior se usa para mostrar la demanda de presión total en el nodo inicial del paso. La segunda parte (Pf) es la pérdida por fricción entre el nodo inicial y el final. Ésta se calcula multiplicando la pérdida por fricción unitaria (de la columna anterior) por la longitud total de la tubería (de la sexta columna).
La tercera parte (Pe) se usa para mostrar el cambio de presión por elevación entre el nodo inicial y el final (la elevación de los nodos se indica en la segunda columna). Nótese que esto podría ser positivo o negativo, dependiendo de la dirección del cambio de elevación. La presión por elevación es positiva cuando el nodo final está por debajo del nodo inicial y es negativa en caso contrario.
Los tres valores en esta columna se suman e ingresan en la primera parte del siguiente paso, como la demanda de presión total en el siguiente nodo.
ÚLTIMA COLUMNA DEL FORMATO PARA CÁLCULO HIDRÁULICO
Es para agregar notas o comentarios. Técnicamente no se requiere ingresar nada en esa columna, pero permite proporcionar información para ayudar al lector a comprender los datos ingresados en esa fila de la hoja.
Cualquier observación que el diseñador deje en esta columna ayudará a un futuro lector a seguir los cálculos.
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Espero que este formato sea de utilidad y ayude a realizar correctamente los cálculos hidráulicos de los sistemas de manguera contra incendios.
- 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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Muchas gracias.
Cálculo Hidráulico de Sistemas de Mangueras (Hoja de Cálculo y Ejemplo) están excelentes. Gracias por compartirlos. Saludos desde Costa Rica.