Cómo dimensionar un tubo vertical

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Cuando necesite dimensionar un tubo vertical, comience siguiendo las reglas de NFPA 14 y sus códigos locales. Debe elegir el tipo de sistema correcto, verificar las necesidades de flujo y presión, elegir el tamaño de tubería correcto y tener en cuenta la fricción y la elevación. Cada paso le ayuda a mantener el sistema seguro y confiable. Utilice una planificación cuidadosa para asegurarse de que su tubo vertical funcione cuando más lo necesite.

Conclusiones clave

• Conozca los tipos de fuentes verticales. La clase I es para bomberos. La clase II es para personas capacitadas. La clase III es para ambos grupos. Elija la clase que se adapte a su edificio.

• Descubra los caudales más bajos necesarios. El primer tubo vertical debe fluir al menos 500 gpm. Cada tubo vertical adicional agrega 250 gpm más.

• Determine el tamaño de tubería correcto. NFPA 14 proporciona los tamaños más pequeños. Las contrahuellas deben tener al menos 4 pulgadas de ancho. Las tuberías más pequeñas pueden provocar un flujo de agua bajo. También pueden causar problemas de presión.

• Piense en la pérdida por fricción y la altura. La presión del agua cae a medida que se mueve en las tuberías. La presión también cae a medida que el agua sube por los edificios altos. Cambie sus cálculos para mantener la presión fuerte en cada salida.

• Siempre consulte primero NFPA 14 y las normas locales. Los códigos locales pueden ser diferentes de las reglas de la NFPA. Hable con los bomberos para evitar errores costosos.

Identificar el tipo de tubo vertical

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Clases de tubo vertical

Es importante conocer las clases de fuentes de agua antes de dimensionar una fuente de agua. Cada clase tiene un trabajo especial en protección contra incendios. NFPA 14 enumera tres clases principales. Estas clases tienen diferentes tamaños de conexión de manguera. Están hechos para que los utilicen diferentes personas. La siguiente tabla muestra las principales diferencias:

Los sistemas de Clase I utilizan mangueras grandes para los bomberos. Los sistemas Clase II utilizan mangueras más pequeñas para personas que trabajan en el edificio o están capacitadas. Los sistemas Clase III tienen ambos tamaños de manguera. De esta forma, tanto los bomberos como las personas capacitadas pueden utilizarlos.

Consejo: siempre verifique qué clase necesita su edificio antes de hacer cualquier cálculo.

Aplicación y uso de la construcción

El tipo de edificio y cómo lo usa la gente le ayuda a elegir la clase de fuente vertical. Debes fijarte en cuántos pisos tiene el edificio. También es necesario comprobar qué tan alto o bajo está el edificio desde el suelo. Deberías ver si el edificio tiene un sistema de rociadores. La siguiente tabla le ayudará a relacionar el edificio con la clase de fuente vertical adecuada:

Si su edificio tiene cuatro o más pisos, normalmente necesitará un sistema Clase III. Si el piso más alto o más bajo está a más de 30 pies del acceso del departamento de bomberos, también necesita Clase III. Si hay un sistema de rociadores automáticos, puede usar Clase I en su lugar. Conocer estas reglas le ayudará a dimensionar un tubo vertical de la manera correcta por motivos de seguridad y a seguir las reglas.

Requisitos de flujo y presión

Caudales mínimos

Debe conocer los caudales mínimos antes de dimensionar un tubo vertical. NFPA 14 establece reglas claras sobre cuánta agua debe fluir a través de cada tubo vertical. El caudal depende del número de fuentes públicas y de la altura del edificio. La siguiente tabla muestra los caudales mínimos para diferentes rangos de piso:

También puede ver los requisitos de flujo en este gráfico:

Cuando verifique los caudales, recuerde estos puntos:

• El primer tubo vertical debe fluir 500 gpm.

• Cada tubo vertical adicional agrega 250 gpm.

• El flujo total no debe exceder los 1000 gpm para edificios con rociadores o los 1250 gpm para edificios sin rociadores.

• Debe verificar el flujo desde todas las ubicaciones de los tubos verticales al mismo tiempo.

Presión por la altura del edificio

Necesita suficiente presión para mover el agua a la conexión de manguera más alta. NFPA 14 dice que debe tener al menos 100 psi en la salida de manguera más remota. En algunos edificios con rociadores, el mínimo es 65 psi. A medida que los edificios crecen, se necesita más presión para empujar el agua hacia arriba. Por cada pie de elevación, necesita 0,433 psi adicionales. Por ejemplo, un edificio de 150 pies necesita alrededor de 65 psi solo para llegar al último piso. Un edificio de 400 pies puede necesitar más de 273 psi en la base. Siempre verifique estos números cuando dimensione un tubo vertical para asegurarse de que el agua llegue a todos los pisos durante un incendio.

Cómo dimensionar un tubo vertical

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Cálculos del diámetro de la tubería

Al dimensionar un tubo vertical, debe comenzar con el diámetro de tubo correcto. NFPA 14 establece reglas claras para los tamaños mínimos. Es necesario comprobar el tipo de sistema y las necesidades del edificio. La siguiente tabla muestra los diámetros mínimos de tubería para diferentes componentes de tubo vertical:

Puedes ver estos tamaños en el siguiente cuadro:

Si tiene un ramal, debe utilizar una tubería de al menos 2,5 pulgadas de ancho. Si el ramal mide más de 40 pies, necesita una válvula de control. Esto ayuda con el mantenimiento y las pruebas. Siempre verifique el diámetro mínimo antes de pasar al siguiente paso.

Consejo: El uso de tuberías más pequeñas que el tamaño mínimo puede causar problemas de presión y flujo de agua bajo. Siga siempre las reglas de NFPA 14.

Cálculos Hidráulicos

Es necesario utilizar cálculos hidráulicos para dimensionar correctamente un tubo vertical. Estos cálculos le ayudarán a elegir el tamaño de tubería adecuado para el flujo y la presión necesarios en su edificio. Debes fijarte en el suministro de agua, la disposición de las tuberías y la pérdida por fricción.

Estos son los pasos principales que debes seguir:

• Descubra cuánta agua necesita para combatir un incendio. Para la mayoría de los sistemas, necesita 500 galones por minuto (gpm) para el primer tubo vertical. Cada tubo vertical adicional agrega 250 gpm.

• Verifique si su suministro de agua puede proporcionar suficiente flujo y presión.

• Dibuja el diseño de tu sistema de tuberías. Marque todas las conexiones de mangueras y ramales.

• Calcule la pérdida por fricción para cada sección de tubería. Utilice la fórmula de Hazen-Williams o un método similar.

• Agregue presión adicional para la elevación. Por cada pie de altura, necesita aproximadamente 0,433 psi más.

• Asegúrese de tener al menos 100 psi en la salida de manguera más remota.

Puede utilizar la siguiente tabla para ver los caudales para las conexiones del departamento de bomberos (FDC) en sistemas de tuberías verticales de gran altura:

Si su edificio es muy grande o tiene muchos elevadores, debe dimensionar la entrada del FDC para soportar altos caudales. Esto ayuda a los bomberos a conectarse rápidamente y obtener suficiente agua durante una emergencia.

Nota: Los cálculos hidráulicos pueden ser complejos. Es posible que necesite un software especial o la ayuda de un ingeniero de protección contra incendios. Siempre verifique sus números para asegurarse de que su tubo vertical funcione cuando sea necesario.

Al dimensionar un tubo vertical, debe seguir cada paso cuidadosamente. Comience con el diámetro mínimo de tubería. Utilice cálculos hidráulicos para comprobar el flujo y la presión. Asegúrese de que su FDC pueda manejar el flujo requerido. Este proceso le ayuda a construir un sistema seguro y confiable.

Pérdida por fricción y elevación

Calcular la pérdida por fricción

Necesita saber acerca de la pérdida por fricción al dimensionar un tubo vertical. El agua pierde presión a medida que avanza a través de las tuberías debido a la fricción. La cantidad de pérdida depende del diámetro, la longitud y el material de la tubería. Las tuberías más grandes ayudan a reducir la pérdida por fricción. Las tuberías más pequeñas hacen que el agua se mueva más rápido, lo que provoca una mayor pérdida por fricción.

El material de la tubería también es importante. Las tuberías de metal pueden oxidarse y acumular sarro con el tiempo. Esto hace que el interior sea más áspero y aumenta la pérdida por fricción. Es posible que necesite una tubería de metal más grande para que el sistema siga funcionando bien. Las tuberías de CPVC permanecen lisas durante muchos años. Tienen un alto factor C Hazen-Williams, por lo que el agua fluye con menos resistencia. Puede utilizar una tubería de CPVC más pequeña y aun así obtener un buen flujo de agua.

Consejo: mire siempre el factor C Hazen-Williams del fabricante. Este número le ayuda a calcular mejor la pérdida por fricción.

Para encontrar la pérdida por fricción, utilice la fórmula de Hazen-Williams. Muchos diseñadores utilizan gráficos o programas de computadora para ayudar con este paso. Incluya siempre la pérdida por fricción en sus cálculos hidráulicos. Esto asegura que cada salida de manguera reciba suficiente presión.

Ajuste de elevación

Es necesario ajustar la elevación al diseñar un tubo vertical en un edificio alto. La presión del agua cae a medida que sube cada piso. Por cada pie más alto, se pierde aproximadamente 0,433 psi de presión.

Puede utilizar estas formas comunes de ajustar la elevación:

• Utilice únicamente válvulas de manguera normales en su configuración de tubo vertical.

• Configure las válvulas reductoras de presión (PRV) ajustables en campo a la presión más alta permitida por el fabricante. Un profesional de diseño registrado (RDP) debe verificar esta configuración.

• Asegúrese de que las PRV configuradas de fábrica estén configuradas para la presión correcta en cada piso. El PDR también debería comprobar esto.

• Mantenga señales claras en las conexiones del departamento de bomberos. Cambie las señales si es necesario cambiar la presión durante las obras de construcción.

Si sigue estos pasos, ayudará a los bomberos a obtener suficiente presión en cada salida de manguera, incluso en el último piso.

Códigos y errores comunes

NFPA 14 y códigos locales

Tienes que seguir las reglas al dimensionar un tubo vertical. NFPA 14 brinda las reglas principales para el diseño y la configuración. Los códigos de incendios locales pueden tener cosas adicionales que debes hacer. Mire siempre ambos conjuntos de reglas antes de comenzar.

NFPA 14 dice que usted debe:

• Instalar sistemas de tuberías verticales en edificios de más de cuatro pisos o de usos especiales.

• Colocar conexiones de mangueras en salidas y escaleras. Deben adaptarse a las mangueras del departamento de bomberos y ser fáciles de usar.

• Revise y pruebe los sistemas de tuberías verticales con frecuencia. Siga los pasos del fabricante para su cuidado.

Los códigos locales pueden cambiar el tamaño de tubería, la presión y los caudales más pequeños. Debe comparar NFPA 14 con su código de incendios local. La siguiente tabla muestra algunas formas en que pueden ser diferentes:

Los códigos internacionales como el IBC también tienen reglas para los sistemas de tuberías verticales. Estos códigos pueden usar palabras diferentes o tener menos detalles. Compruebe siempre qué código necesita utilizar para su edificio.

Consejo: hable con el jefe de bomberos local antes de dimensionar una tubería vertical. Esto puede ayudarle a evitar errores costosos.

Evitar errores de tamaño

Puedes cometer errores si no sigues las reglas o te saltas los pasos. Algunos errores ocurren con frecuencia. Debes conocerlos para poder evitarlos.

Los errores comunes son:

• Utilizar tuberías demasiado pequeñas. Esto hace que el flujo de agua y la presión sean demasiado bajos.

• Sin pensar en la pérdida por fricción. Las tuberías largas o delgadas pierden presión a medida que se mueve el agua.

• Olvidándose de los cambios de elevación. Los edificios en colinas o con muchos pisos necesitan más presión para llegar a la cima.

• Colocar conexiones de mangueras en lugares de difícil acceso. Los bomberos deben llegar hasta ellos rápidamente en caso de emergencia.

• No revisar el sistema con frecuencia. Las tuberías pueden oxidarse u obstruirse, lo que empeora el funcionamiento del sistema.

La siguiente tabla muestra cómo olvidar la pérdida por fricción y la elevación puede causar problemas:

Debes revisar cada parte de tu diseño. Utilice siempre el tamaño de tubería correcto y piense en la fricción y la elevación. Pruebe su sistema con frecuencia para mantenerlo listo para emergencias.

⚠️ Alerta: si mides un tubo vertical sin comprobar todas las reglas y las matemáticas, es posible que construyas un sistema que no funcione cuando más lo necesitas.

Debe seguir cada paso al dimensionar un tubo vertical. Mire siempre NFPA 14 y sus códigos locales. Una buena planificación mantiene su sistema seguro y listo para usar. Hacer controles regulares ayuda a que su tubo vertical dure más y funcione bien en emergencias. Las nuevas herramientas, como los sensores inteligentes, pueden ayudarle a controlar su sistema más fácilmente. Si no está seguro de qué hacer, solicite ayuda a expertos en protección contra incendios. Pueden ayudarle a seguir las reglas, solucionar problemas de diseño y compartir actualizaciones importantes. Las reglas del departamento de bomberos pueden cambiar si su edificio es alto o tiene mucha gente, así que consulte siempre a los funcionarios locales.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el tamaño mínimo de tubería para un tubo vertical?

NFPA 14 dice que se debe utilizar al menos un tubo de 4 pulgadas para los elevadores de tubo vertical. Los ramales necesitan al menos 2,5 pulgadas. Siempre verifique su código local para ver si hay cambios.

¿Cómo se calcula la pérdida por fricción en tuberías verticales?

Se utiliza la fórmula de Hazen-Williams para encontrar la pérdida por fricción. Mucha gente utiliza gráficos o software para facilitar este paso. Incluya siempre la pérdida por fricción en sus cálculos hidráulicos.

¿Por qué es necesario ajustar la elevación en edificios altos?

El agua pierde presión a medida que asciende. Por cada pie más alto, se pierden aproximadamente 0,433 psi. Debes añadir presión extra para llegar al último piso con suficiente fuerza.

¿Cuáles son los errores comunes al dimensionar una tubería vertical?

Consejo: tenga cuidado con estos errores:

• Usar tuberías demasiado pequeñas

• Olvidar la pérdida por fricción

• Ignorar los cambios de elevación

• Colocar salidas de manguera en lugares de difícil acceso