Trabajo Fin de Grado
Ingeniería de las Tecnologías Industriales
Análisis Comparativo de Herramientas de Cálculo de
Instalaciones Contra Incendios
Autor: Juan Santos Rincón Moreno
Tutor: Agustín Maraver Guerrero
Dep. Ingeniería de Construcción y Proyectos de
Ingeniería
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Sevilla, 2017
Trabajo Fin de Grado
Ingeniería de las Tecnologías Industriales
Análisis Comparativo de Herramientas de
Cálculo de Instalaciones Contra Incendios
Autor:
Juan Santos Rincón Moreno
Tutor:
Agustín Maraver Guerrero
Profesor Asociado
Dep. de Ingeniería de Construcción y Proyectos de Ingeniería
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
Trabajo Fin de Grado: Análisis Comparativo de Herramientas de Cálculo de Instalaciones
Contra Incendios
Autor: Juan Santos Rincón Moreno
Tutor: Agustín Maraver Guerrero
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes
miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2017
El Secretario del Tribunal
Plantear nuevas preguntas, nuevas posibilidades, estudiar los viejos
problemas desde un nuevo ángulo, requiere imaginación creativa y
marca un avance real en la ciencia.
Albert Einstein
i Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Agradecimientos
A mi familia, por su apoyo incondicional.
A Agustín, por guiarme en este trabajo.
Juan Santos Rincón Moreno
Sevilla, 2017
ii Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
iii Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Resumen
La revolución informática de los últimos años ha venido acompañada de una mejora en la
eficiencia y rapidez en la resolución de problemas ingenieriles. Gracias a ello, han surgido por
un lado, una gran cantidad de programas, tanto de uso general como especializado, que
permiten solventar problemas en distintos ámbitos y, por otro, herramientas de uso habitual
como Excel que disponen de una notable capacidad de cálculo y que, con la programación
adecuada, permiten resolver muchos problemas habituales en ingeniería.
El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es analizar y hacer uso de uno de estos programas
aplicado al cálculo de una instalación contra incendios, así como elaborar una herramienta
específica, mediante una hoja de cálculo, y establecer una comparativa entre ambos métodos
que permita tanto su validación como extraer conclusiones sobre las ventajas e inconvenientes
de cada uno de los métodos de cálculo. Posteriormente se exponen las ventajas e
inconvenientes de cada herramienta.
Tras la realización y análisis de los resultados se llega a la conclusión de que la herramienta
elaborada es válida para el cálculo de instalaciones contra incendios, al obtenerse resultados
muy aproximados a los alcanzados a través del programa comercial.
iv Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Abstract
The computering revolution that we have been through lately, has come with an improvement of the efficiency and rapidity of solving new technological problems. Thanks to this, a huge quantity of programs have appeared, as much for general as for specialised use, which allow to solve problems in many different areas and, also, widely extended tools such as Excel which have a huge calculus capacity and, with the right programming, let you solve lots of common engineering problems.
The aim of this document is to analyse and make use of one of these softwares, in order to apply it to the calculation of a fire prevention system, as well as, developing a specific tool by means of an Excel work sheet, establishing a comparative between both methods, allowing its validation and drawing conclusions about its advantages and disadvantages. After that, their advantages and disadvantages of each tool will be shown.
After the execution and analysis of the results, we conclude that the tool elaborated is capable of calculating fire prevention systems, as we obtain very closed results to the ones from the commercial program.
v Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Índice
Agradecimientos i
Resumen iii
Abstract iv
Índice v
Índice de Figuras viii
Índice de Tablas x
1 Prefacio 1
1.1. Introducción 1
1.2. Objetivo del Trabajo Fin de Grado. 1
1.3. Alcance del Trabajo Fin de Grado. 2
1.4. Justificación del Trabajo Fin de Grado. 2
2 Metodología 3
3 Normativa Utilizada 5
3.1. Necesidades de un sistema de extinción. 5
3.2. Documentos a seguir. 5
3.3. Dotaciones necesarias. 7
3.4. Definición y elementos que componen una BIE. 8
3.5. Características y distribución de la instalación de Bocas de Incendio
Equipadas (BIEs) 10
3.6. Ecuaciones y tablas necesarias para el cálculo de la instalación. 12
3.7. Sistemas de impulsión y suministro de agua 13
4 Características de los programas 15
4.1. Hipótesis Simplificativas. 15
vi Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
4.2. Ecuaciones Fundamentales. 17
4.3. Ecuaciones de Comportamiento de los elementos de la instalación. 18
4.3.1. Pérdidas por fricción. 18
4.3.2. Pérdidas menores. 19
4.3.3. Tipos de Válvulas. 20
4.3.4 Emisores. 21
4.3.5. Bombas. 22
4.3.6. Abastecimiento. 22
4.3.6. Algoritmo de análisis. 23
5 Software Utilizados 24
5.1. Hoja de Cálculo 24
5.2. EPANET 25
6 Aplicación a un Caso Práctico 28
6.1. Descripción del edificio. 28
6.1.1. Planta Sótano. 28
6.1.2. Planta Plaza. 28
6.1.3. Planta Baja. 28
6.1.4. Plantas Primera a Séptima. 28
6.2. Dotaciones necesarias en cada planta. 29
6.2.1 Planta Sótano. 29
6.2.2. Planta Baja y Superiores. 29
6.3. Reparto y colocación de BIEs. 30
6.3.1. Planta Sótano. 30
6.3.2. Planta Plaza. 30
6.3.3. Planta Baja. 31
6.3.4. Planta Primera, Cuarta, Quinta, Sexta y Séptima. 32
6.3.5. Planta Segunda y Tercera. 32
7 Comparación de Resultados 34
7.1. Cálculo en EPANET 34
vii Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
7.1.1. Cotas. 34
7.1.2. Diámetros. 34
7.1.3. Longitudes. 35
7.1.4. Longitud más longitud equivalente de cada tramo por pérdidas de
accesorios. 36
7.2. Simulación. 36
7.2.1. Selección de la bomba. 36
7.2.2. Tablas comparativas. 38
7.2.2.1. Nodos. 38
7.2.2.1. Tuberías. 40
7.3. Diferencias comparativas. 42
7.3.1. Curva altura-caudal. 42
7.3.2. Modelado tuberías. 42
7.3.2. Modelado bomba y accesorios. 42
8 Modificaciones y Comprobaciones 44
8.1. Instalación de válvulas reguladoras de presión. 44
8.2. Modelado con coeficiente de emisión. 45
8.3. Modelado con bomba exacta. 45
9 Grupo Contra Incendios y Sistema de Abastecimiento 48
9.1. Tipos de configuraciones. 48
9.2. Cálculo del NSPH. 49
9.3. Descripción del grupo de presión y depósito. 51
10 Conclusiones 54
10.1. Conclusiones. 54
10.1.1. Validación de resultados. 54
10.1.2. Ventajas y desventajas de la Hoja respecto al programa comercial. 55
10.2. Propuestas de mejora. 56
Referencias I
ANEXO I: Esquema de la instalación II
viii Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Índice de Figuras
Figura 1. Diagrama de una boca de incendios equipada. 9
Figura 2. Esquema suministro de agua y sistema de abastecimiento de la instalación. 13
Figura 3. Estructura de la instalación con malla abierta. 16
Figura 4. Estructura de la instalación con malla cerrada. 16
Figura 5. Diagrama colocación de BIEs Planta Sótano. 30
Figura 6. Diagrama colocación de BIEs Planta Plaza. 31
Figura 7. Diagrama colocación de BIEs Planta Baja. 31
Figura 8. Diagrama colocación de BIEs Plantas Primera, Cuarta, Quinta, Sexta y
Séptima. 32
Figura 9. Diagrama colocación de BIEs Plantas Segunda y Tercera. 32
Figura 10. Cota de cada nodo. 34
Figura 11. Diámetro de cada tubería. 35
Figura 12. Longitud de cada tubería. 35
Figura 13. Longitud real +longitud equivalente de cada tubería. 36
Figura 14. Catálogo resumen de bombas en función de su altura manométrica y caudal
total. 37
Figura 15. Curvas de la bomba seleccionada. 38
Figura 16. Resultados EPANET. 38
Figura 17. Esquema del modelado del sistema de abastecimiento y suministro en
EPANET. 43
Figura 18. Resultados tras la instalación de válvulas reguladoras de presión. 44
Figura 19. Esquema bomba en aspiración. 48
Figura 20. Esquema bomba en carga. 49
ix Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 21. Relación entre NPSH disponible y requerido. 51
Figura 22. Esquema del conjunto de bomba seleccionado. 51
Figura 23. Esquema disposición del depósito. 52
Figura 24. Depósito. 53
x Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Índice de Tablas
Tabla 1. Relación entre coeficientes de pérdidas y el material. 12
Tabla 2. Relación de longitudes equivales para cada accesorio y diámetro. 13
Tabla 3. Ecuaciones para el cálculo de las pérdidas por fricción. 18
Tabla 4. Ecuaciones coeficientes de rugosidad para cada material. 18
Tabla 5. Longitudes equivalentes. 19
Tabla 6. Coeficientes de pérdidas en los accesorios en función del diámetro. 20
Tabla 7. Relación de coeficientes de descarga en función del diámetro equivalente. 21
Tabla 8. Numeración de BIEs por planta. 33
Tabla 9. Resultados en los nodos. 40
Tabla 10. Resultados en las tuberías. 41
Tabla 11. Resultados tras la instalación de válvulas reguladoras de presión. 45
Tabla 12. Resultados con bomba exacta. 47
Tabla 13. Variación de la tensón de vapor del líquido según la temperatura de bombeo.
50
1 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
1 Prefacio
1.1. Introducción
Desde el principio de los tiempos el hombre ha utilizado el fuego, pero éste además de
su carácter beneficioso, tanto a nivel doméstico como industrial, puede ser
tremendamente destructor por los siniestros que puede ocasionar.
Este hecho, se puso especialmente de manifiesto cuando el hombre empezó a vivir en
ciudades y se constató que estas estaban predispuestas a los incendios que
normalmente comenzaban de forma localizada y que luego se extendían afectando a
grandes zonas (en algunos casos a la ciudad completa) de las mismas con los
consiguientes daños tanto personales como materiales.
Esta circunstancia se ha puesto más en relevancia con la construcción de grandes
edificaciones y su continua modernización, que ha venido acompañada de una serie de
riesgos y problemas, en cuanto a la protección pasiva, la detección, y el control y
extinción de los incendios a los que tanto desde el punto de vista de la normativa
legalmente aplicable como a la establecida por las regulaciones específicas que, en
este sentido, establecen las compañías de seguros.
En este sentido, y en el ámbito del control y extinción de los incendios, existen
actualmente diversos sistemas de extinción que se adecuan tanto a las características
del edificio como a las del uso del mismo, con el objetivo único de sofocar y apagar el
fuego, en caso de producirse, lo antes posible. De forma que no se produzcan ni daños
personales ni materiales.
En este trabajo fin de grado, se plantea un problema real en un edificio, en el que hay
que implantar un sistema de instalación contra incendios y dentro, e las mismas, se va
a analizar la instalación de Bocas de Incendio Equipadas y para su diseño y cálculo se
ha planteado la comparación de dos herramientas de cálculo.
Por un lado, hoy en día, existe una gran variedad de empresas que comercializa hojas
de cálculo. Para la resolución de este Trabajo Fin de Grado se ha escogido Microsoft
Excel, por ser la más sencilla, común y extendida.
Por otro lado, a la vez que se han ido mejorando y potenciando las hojas de cálculo, se
han creado programas específicos, basados en esa misma idea de cálculo
automatizados y capaces de resolver una gran diversidad de problemas hidráulicos. Uno
de ellos es EPANET, que ha sido el programa seleccionado para resolver el cálculo de
la instalación planteado en el Trabajo Fin de Grado y que es capaz de resolver problema
de instalaciones hidráulicas.
1.2. Objetivo del Trabajo Fin de Grado.
El objetivo de este Trabajo Fin de Grado, es, primeramente, es analizar y hacer uso de
un programa especializado en el Cálculo de Instalaciones Hidráulicas, como las de una
instalación de Bocas de Incendio Equipadas, así como elaborar una herramienta
2 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
específica, mediante una hoja de cálculo, y establecer una comparativa entre ambos
métodos que permita tanto su validación como extraer conclusiones sobre las ventajas
e inconvenientes de cada uno de los métodos de cálculo. Posteriormente se exponen
las ventajas e inconvenientes de cada herramienta.
Por otro lado, el propósito de este documento es presentar el Trabajo de Fin de Grado
del alumno Juan Santos Rincón Moreno para la obtención del título de Graduado/a en
Ingeniería de las Tecnologías Industriales en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería
de la Universidad de Sevilla.
1.3. Alcance del Trabajo Fin de Grado.
Este trabajo trata del cálculo de una instalación de extinción de incendios, en concreto
una instalación de Bocas de Incendio Equipadas, ahondando en el método de trabajo
que se sigue habitualmente en la ingeniería. Para éste son totalmente imprescindibles
dos elementos hoy en día: el dominio y manejo del marco de la normativa legal y el uso
de herramientas informáticas propias y comerciales para la resolución de problemas,
comparándose los resultados obtenidos y evaluando las diferencias entre las
herramientas.
Se va a realizar un problema ingenieril con mucha aplicación y similitud al de cualquier
otro tipo de instalación industrial, pudiéndose extender la ética y estructura de trabajo
que se va a seguir en éste proyecto a otros que puedan realizarse en un futuro.
1.4. Justificación del Trabajo Fin de Grado.
Con la realización de este proyecto se afianzarán los contenidos estudiados en la
materia de Ingeniería Fluidomecánica, haciéndose especial hincapié en el bloque de
Instalaciones Hidráulicas, así como en el conocimiento y estudio de toda la normativa
específica de Protección Contra incendios aplicada al caso que nos ocupa. Además, se
mejorará el manejo de una herramienta tan importante hoy en día para el desempeño
del trabajo de un ingeniero como es Microsoft Excel y se trabajará con un programa
comercial de cálculo de Instalaciones, ampliamente usado en el sector para realizar
proyectos de este tipo.
3 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
2 Metodología
La metodología a seguir para la consecución del Trabajo Fin de Grado, cuyo objetivo,
conviene recordar que, es la comparación de distintas herramientas de cálculo en un
proyecto real ingenieril, ha sido:
Elaborar una hoja de cálculo en Excel para realizar una validación de datos
comparándolos con el programa comercial y con otra hoja de cálculo realizada para un
Trabajo Fin de Carrera similar y adaptada al problema. Para concluir, se realiza un
análisis de las ventajas e inconvenientes de cada caso.
Este estudio se ha realizado en las siguientes etapas:
1. Estudio del marco normativo, que nos indique cómo se ha de realizar y calcular
la instalación. Una vez que se han establecido los elementos que rigen este tipo
de instalaciones, se procede con una explicación de nuestro caso de estudio
mediante la descripción del edificio y de las características del problema.
2. Justificación de la selección del software comercial y tablas de Excel que se van
a utilizar para solucionar este problema ingenieril:
a. Existen diversos programas de pago, como CIH bomberos, que permiten
calcular este tipo de instalaciones con gran detalle. Sin embargo, se elige
el programa EPANET, ya que, es un programa gratuito y ampliamente
aceptado y utilizado en la industria.
b. Por otro lado, se justifica la elaboración de un método de cálculo propio
y la adaptación de una hoja de cálculo, creada originalmente para
resolver un problema distinto.
3. Estudio de las herramientas objeto de análisis. Exponiendo los pasos a seguir
para la introducción de datos en los distintos métodos de cálculo, se adquieren
unas nociones básicas sobre cada programa. Se desgrana el manual del
programa comercial, con una descripción completa y detallada sobre la
utilización del software. De igual forma, se realiza una descripción de las hojas
de cálculo, explicitando su forma de uso y funcionamiento.
4. Identificación y selección de las variables de interés para el proyecto. En el caso
de instalaciones hidráulicas siempre será necesario calcular presiones y
caudales en nodos y tuberías. Éstas serán las magnitudes cuyos resultados se
cotejen en ambos softwares.
5. Cálculo y comparación de los resultados obtenidos por cada una de las vías,
este paso contiene las siguientes etapas:
a. Se recopilan los datos obtenidos por cada vía.
4 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
b. Mediante una tabla comparativa se muestran los resultados y las
diferencias porcentuales entre métodos.
c. Se observa si se cumplen los requisitos establecidos por el reglamento
para cada caso, observando si es necesaria la instalación de elementos
de regulación y control.
d. Se procede a homogeneizar lo máximo posible el cálculo.
e. Se muestra mediante un pequeño estudio de sensibilidad lo que sucede
al modificar levemente algunos parámetros.
6. Dimensionado del grupo de presión y del sistema de suministro, mediante la
ayuda de un catálogo comercial, del que se extraen los equipos y sus curvas de
comportamiento reales.
7. Conclusiones sobre los resultados obtenidos. Tras el análisis comparativo
realizado se procede a exponer las ventajas e inconvenientes de cada
herramienta.
5 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
3 Normativa Utilizada
Las condiciones de seguridad contra incendios para esta edificación quedan reguladas
fundamentalmente por los siguientes textos legales:
- Norma básica de la Edificación. Condiciones de protección contra incendios en
los edificios. NBE-CPI-96.
- Reglamento de Instalaciones de Protección Contra Incendios. Real Decreto
1942/1993 de 5 de noviembre, posteriormente modificado por Real Decreto
560/2010, de 7 de mayo. Ministerio de Industria y Energía, en el que también se
establece la obligación de considerar y cumplir la totalidad de las Normas UNE
relativas a instalaciones contra incendios.
- Reglamento de Seguridad contra Incendios en los Establecimientos Industriales.
Real Decreto 2267/2004, de 3 de diciembre, por el que se aprueba el
Reglamento de Seguridad Contra Incendios en los Establecimientos Industriales.
- Norma UNE 23500:2012. Sistema de abastecimiento de agua contra incendios.
- Norma UNE-EN 671-1 aprobada en Julio de 2013. Instalaciones fijas de lucha
contra incendios. Sistemas equipados con mangueras.
Adicionalmente, se han consultado las reglas técnicas de CEPREVEN (Centro de
Prevención de Daños y Pérdidas).
3.1. Necesidades de un sistema de extinción.
La Norma Básica de la Edificación nos dice que se debe reducir a límites aceptables el
riesgo de que los usuarios de un edificio sufran daños derivados de un incendio. Esta
norma nos indica, en su artículo 2, que debe aplicarse a los proyectos y a las obras de
nueva construcción, de reforma de edificios y de establecimientos, o de cambio de uso
de los mismos, excluidos los de uso industrial.
En nuestro caso se tienen dos usos: aparcamiento y administrativo. Entendiéndose por
ello, las definiciones descritas en el artículo de esta norma.
3.2. Documentos a seguir.
El reglamento de instalaciones de protección contra incendios (RIPCI) tiene por objeto
la determinación de las condiciones y los requisitos exigibles al diseño,
instalación/aplicación, mantenimiento e inspección de los equipos y sistemas que
conforman las instalaciones de protección activa contra incendios.
En su artículo 21 se especifican qué otros documentos se deben consultar para realizar
una instalación dependiendo del edificio en cuestión y de su uso. De tal forma que:
1. En los establecimientos y zonas de uso industrial, que se encuentran dentro
del ámbito de aplicación del Reglamento de seguridad contra incendios en
establecimientos industriales (RSCIE), la instalación de los equipos y
6 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
sistemas de protección contra incendios, incluidos en el presente reglamento
requerirá la presentación de un proyecto. Entendiéndose el ámbito de
aplicación de este reglamento a los siguientes establecimientos industriales:
- Las industrias, definidas en el artículo 3.1 de la Ley 21/1992, de
16 de julio, de Industria.
- Los almacenamientos industriales.
- Los talleres de reparación y los estacionamientos de vehículos
destinados al servicio de transporte de personas y transporte de
mercancías.
- Los servicios auxiliares o complementarios de las actividades
comprendidas en los párrafos anteriores.
Igualmente, el RSCIE nos establece en su artículo 14 los requisitos que
deben cumplir este tipo de instalaciones:
1. Todos los aparatos, equipos, sistemas y componentes de las
instalaciones de protección contra incendios de los establecimientos
industriales, así como el diseño, la ejecución, la puesta en
funcionamiento y el mantenimiento de sus instalaciones, al igual que
los instaladores y mantenedores de la instalación, cumplirán lo
preceptuado en el Reglamento de instalaciones de protección contra
incendios, aprobado por el Real Decreto 1942/1993, de 5 de
noviembre, y en la Orden de 16 de abril de 1998, sobre normas de
procedimiento y desarrollo de aquel.
2. Las condiciones y requisitos que deben cumplir las instalaciones de
protección contra incendios de los establecimientos industriales, en
relación con su seguridad contra incendios, serán los establecidos en
el anexo III, punto 9. El mismo se expone a continuación, y en él se
detallan las situaciones en las que se instalarán, características y
requerimientos para la instalación de bocas de incendios equipadas:
Se instalarán sistemas de bocas de incendio equipadas en los
sectores de incendio de los establecimientos industriales si:
a. Están ubicados en edificios de tipo A y su superficie total
construida es de 300 m² o superior.
b. Están ubicados en edificios de tipo B, su nivel de riesgo intrínseco
es medio y su superficie total construida es de 500 m² o superior.
c. Están ubicados en edificios de tipo B, su nivel de riesgo intrínseco
es alto y su superficie total construida es de 200 m² o superior.
d. Están ubicados en edificios de tipo C, su nivel de riesgo intrínseco
es medio y su superficie total construida es de 1000 m² o superior.
e. Están ubicados en edificios de tipo C, su nivel de riesgo intrínseco
es alto y su superficie total construida es de 500 m² o superior.
f. Son establecimientos de configuraciones de tipo D o E, su nivel
de riesgo intrínseco es alto y la superficie ocupada es de 5.000 m² o
superior.
7 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Si bien en el siguiente apartado serán objeto de detalle, a continuación,
se especifican los casos en los que se requiere la instalación de bocas
de incendio equipadas, junto con sus necesidades de suministro:
* Se admitirá una BIE 25 mm como toma adicional de 45 mm, y se considerará,
a los efectos de cálculo hidráulico, como BIE de 45 mm.
El caudal unitario será el correspondiente a aplicar a la presión dinámica
disponible en la entrada de la BIE, cuando funcionen simultáneamente el
número de BIE indicado, el factor K del conjunto, proporcionado por el
fabricante del equipo. Los diámetros equivalentes mínimos serán 10 mm
para BIE de 25 y 13 mm para las BIE de 45 mm.
Se deberá comprobar que la presión en la boquilla no sea inferior a dos
bar ni superior a cinco bar, y, si fuera necesario, se dispondrán
dispositivos reductores de presión.
2. En los edificios a los que sea de aplicación el Código Técnico de la Edificación,
Documento Básico “Seguridad en caso de incendio (SI)”, las instalaciones de
protección contra incendios se atendrán a lo dispuesto en el apartado 1 anterior,
en lo relativo a la presentación del correspondiente proyecto o documentación
técnica.
El código técnico de la edificación (CTE) establece en su artículo 2.2. los edificios
que son de aplicación al Documento Básico, disponiendo que el CTE se aplicará
a las obras de edificación de nueva construcción.
En nuestro caso concreto, este será el código a aplicar, ya que como se ha
descrito previamente, se quiere realizar la instalación contra incendios a un
nuevo edificio con locales para oficinas y un aparcamiento en el sótano. Para
ello, el código técnico nos deriva a su Documento Básico “Seguridad en caso de
incendio (SI)”.
3.3. Dotaciones necesarias.
El Código Técnico de la Edificación, Documento Básico “Seguridad en caso de incendio
(SI)”, en su sección 4.1., indica la dotación con la que debe contar la instalación contra
incendios de un edificio en función de sus usos:
8 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Con esta información, se puede ir planta por planta observando qué dotación es
requerida. Este paso, se realizará en el apartado 5, tras describir las características de
cada planta.
Sin embargo, en este Trabajo Fin de Grado sólo va a ser objeto de estudio el cálculo de
las Bocas de Incendio Equipadas. Por lo que, a partir de este momento, en lo que a la
normativa respecta se centra en éstas.
3.4. Definición y elementos que componen una BIE.
Una Boca de Incendios Equipada (BIE), es un equipo de protección y lucha contra
incendios, instalado de forma fija a una pared y alimentado a través de una instalación
hidráulica con su sistema de abastecimiento de agua.
La Instalación de Bocas de Incendio está compuesta por los siguientes elementos,
según la NBE-CPI-82, tal y como se muestran a continuación:
9 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 1. Diagrama de una boca de incendios equipada.
- Boquilla: Deberá ser de un material resistente a la corrosión y a los esfuerzos
mecánicos a los que vaya a quedar sometida su utilización.
Tendrá la posibilidad de accionamiento que permita la salida del agua en forma
de chorro o pulverizada, pudiendo disponer además de una posición que permita
la protección de la persona que la maneja. En el caso de que la lanza sobre la
que va montada no disponga de sistema de cierre, éste deberá ir incorporado a
la boquilla. El orificio de salida deberá estar dimensionado de forma que se
consigan los caudales exigidos.
- Lanza: Deberá ser de un material resistente a la corrosión y a los esfuerzos
mecánicos a los que vaya a quedar sometida su utilización. Llevará incorporado
un sistema de apertura y cierre, en el caso de que éste no exista en la boquilla.
No es exigible la lanza si la boquilla se acopla directamente a la manguera.
- Manguera: Sus diámetros interiores serán de 45 o 25 mm, y sus características
y ensayos se ajustarán a lo especificado en las siguientes Normas UNE:
o UNE 23-091181 "Mangueras de Impulsión para la lucha Contra-
Incendios. Parte 1 - Generalidades.
o UNE 23-091182 "Mangueras de Impulsión para la lucha Incendios. Parte
2A: Manguera flexible plana para Servicio ligero, de diámetros 45 y 70
mm.
o UNE 23-091182 - Mangueras de Impulsión para lucha Contra Incendios.
Parte 4: Descripción de procesos y aparatos para Pruebas y Ensayos."
La manguera de diámetro 25 mm, será de trama semirrígida no
autocolapsable, debiendo recuperar la forma cilíndrica una vez eliminada
la causa del colapsamiento. Su presión de servicio será de 15 kg/cm² con
un margen de seguridad 1:3, debiendo soportar una carga mínima de
rotura a la tracción de 1.500 kg.
10 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
- Racor: Todos los racores de conexión de los diferentes elementos de la boca de
incendios equipada estarán sólidamente unidos a los elementos a conectar y
cumplirán con las siguientes Normas UNE:
o UNE 23-400181 «Material de lucha contra incendios. Parte 1: Racores
de Conexión de 25 mm».
o UNE 23-400181 «Material de lucha contra incendios. Parte 2: Racores
de Conexión de 45 mm». Válvula: Deberá estar realizada en material
metálico resistente a la oxidación y corrosión. Se admitirán las de cierre
rápido (1/4 de vuelta) siempre que se prevean los efectos del golpe de
ariete y las de volante con un número de vueltas para su apertura y cierre
comprendido entre 2 1/4 y 3 1/2. En el tipo de 25 mm, la válvula podrá
ser de apertura automática al girarla devanadera.
- Manómetro: Será adecuado para medir presiones entre cero y la máxima presión
que se alcance en la red.
- Soporte: Deberá tener suficiente resistencia mecánica para soportar además del
peso de la manguera las acciones derivadas de su funcionamiento.
Se admite tanto el de tipo devanadera (carrete para conservar la manguera
enrollada) como el de tipo plegadora (soporte para conservar la manguera
doblada zigzag) excepto en el tipo de 25 mm, que será siempre de devanadera.
Ambos tipos de soporte permitirán orientar correctamente la manguera. Para
mangueras de 45 mm, el soporte deberá poder girar alrededor de un eje vertical.
- Armario: Todos los elementos que componen la boca de incendio equipada
deberán estar alojados en un armario de dimensiones suficientes para permitir
el despliegue rápido y completo de la manguera, excepto en el tipo de 25 mm,
en el cual no es exigible el armario.
Podrá ser empotrado o de superficie, siendo en este caso metálico. En todos los
casos la tapa será de marco metálico y provista de un cristal que posibilite la fácil
visión y accesibilidad, así como la rotura del mismo. Dispondrá de un sistema
que permita su apertura para las operaciones de mantenimiento. Su interior
estará ventilado.
3.5. Características y distribución de la instalación de Bocas de
Incendio Equipadas (BIEs)
En el RIPCI, en su Anexo I punto 5, establece todas las características y parámetros de
la BIE:
1. Los sistemas de bocas de incendio equipadas (B.I.E.) estarán compuestos por
una red de tuberías para la alimentación de agua y las B.I.E. necesarias.
Las B.I.E. pueden estar equipadas con manguera plana o con manguera
semirrígida.
11 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
2. Las BIE cumplirán lo establecido en las normas UNE 671-1 y UNE 671-2.
3. Las B.I.E. deberán montarse sobre un soporte rígido, de forma que la boquilla y
la válvula de apertura manual y el sistema de apertura del armario, si existen,
estén situadas, como máximo, a 1,50 m. sobre el nivel del suelo.
Las B.I.E. se situarán siempre a una distancia, máxima, de 5 m, de las salidas
del sector de incendio.
Para las B.I.E. con manguera semirrígida o manguera plana, la separación
máxima entre cada B.I.E. y su más cercana será de 50 m. La distancia desde
cualquier punto del área protegida hasta la B.I.E. más próxima no deberá
exceder del radio de acción de la misma. Tanto la separación, como la distancia
máxima y el radio de acción se medirán siguiendo recorridos de evacuación.
Para facilitar su manejo, la longitud máxima de la manguera de las B.I.E. con
manguera plana será de 20 m y con manguera semirrígida será de 30 m.
Considerando éste más 5 metros, como el radio de acción.
4. Para las B.I.E. con manguera semirrígida o con manguera plana, la red de B.I.E.
deberá garantizar durante una hora, como mínimo, el caudal descargado por las
dos hidráulicamente más desfavorables, a una presión dinámica a su entrada
comprendida entre un mínimo de 300 kPa (3 kg/cm²) y un máximo de 600 kPa
(6 kg/cm²).
Las condiciones establecidas de presión, caudal y reserva de agua deberán estar
adecuadamente garantizadas y son las siguientes:
• Presión y caudal. La presión mínima en la boca de salida debe ser de
2 kg/cm², por este motivo la presión de acometida a la BIE (teniendo
en cuenta la pérdida de carga que se produce en la manguera, que
ronda 1,5 kg/cm²), podrá oscilar entre 3'5 kg/cm² de mínima y 5 kg/cm²
de máxima, para un caudal mínimo de 1,66 l/s (para las BIE de 25
mm) o de 3,32 l/s (para las BIE de 45 mm).
• El número de B.I.E. que pueden estar abiertas simultáneamente es
de 2.
• Se debe considerar, a efectos de cálculo, las más desfavorables
hidráulicamente.
• Las tuberías serán de acero negro estirado con soldaduras DIN 2440.
• El caudal a suministrar por el grupo será:
1,66 l/s x 2 B.I.E.s = 3,32 l/s = 12 m3/h (Para BIE de 25 mm)
3,32 l/s x 2 B.I.E.s = 6,64 l/s = 24 m3/h (Para BIE de 45 mm)
5. Para las B.I.E. con manguera semirrígida o con manguera plana, el sistema de
B.I.E. se someterá, antes de su puesta en servicio, a una prueba de estanquidad
y resistencia mecánica, sometiendo a la red a una presión estática igual a la
máxima de servicio y, como mínimo, a 980 kPa (10 kg/cm²), manteniendo dicha
presión de prueba durante dos horas, como mínimo, no debiendo aparecer fugas
en ningún punto de la instalación.
12 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
3.6. Ecuaciones y tablas necesarias para el cálculo de la instalación.
El RIPCI establece una relación de normas UNE anexas, como la UNE 23500. Esta
norma, nos indica como calcular la pérdida de carga por fricción en la tubería, mediante
la fórmula de Hazen-Williams, que es la siguiente:
Al igual que los coeficientes para cada material:
Tabla 1. Relación entre coeficientes de pérdidas y el material.
Y los coeficientes de reducción de carga, que modelan cada válvula y accesorio como
una longitud equivalente de tubería, los cuales deberán ser agregados a la longitud real.
13 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Tabla 2. Relación de longitudes equivales para cada accesorio y diámetro.
3.7. Sistemas de impulsión y suministro de agua
Para el caso de BIEs, están catalogadas como de categoría III, por lo que, necesitan
recibir el suministro desde un depósito colocado junto a la bomba y siguiendo el
siguiente esquema:
Figura 2. Esquema suministro de agua y sistema de abastecimiento de la
instalación.
14 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
El depósito será de tipo A o B, tal y como se indica en la figura, presentando el depósito
del primer tipo mejores condiciones de resistencia y durabilidad mecánica y corrosiva.
Igualmente, existen distintos tipos de configuraciones respecto a la disposición del
depósito, encontrando disposiciones con o sin foso de aspiración y con o sin codo en la
tubería de aspiración.
En lo relativo al sistema de bombeo contará con:
- Uno o varios grupos de bombeo principales, encargados de proporcionar el
caudal exigido, que será en los sistemas con BIEs de 25 mm, de 200 l/min,
siendo el doble para las BIEs de 45 mm.
- Una bomba mantenedora de presión (bomba Jockey), que asegura una presión
constante en toda la instalación.
- Valvulería, instrumentación, tuberías, etc.
- Un cuadro de control.
Adicionalmente, deberá instalarse un sistema de cebado automático para cada bomba.
Consistirá en un pequeño depósito de 100 litros (por ser de riesgo leve) colocado a un
nivel más alto que el de la bomba y conectado por un tubo, junto a una válvula de
retención. Se mantendrán llenos de agua en todo momento.
15 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
4 Características de los programas
Dado que se van a comparar dos programas distintos de cálculo de instalaciones será
necesaria una comparativa de las hipótesis y consideraciones que realiza cada
programa para garantizar que se procede de igual manera.
En cuanto al programa comercial, EPANET, lo primero que llama la atención es su
interfaz gráfica, la cual nos ayuda a ir introduciendo datos. Sin embargo, la geometría
que se elabore, no tiene ninguna incidencia en los cálculos, ya que, los coeficientes de
pérdidas y accesorios han de ser introducidos manualmente, como se explica
posteriormente. Por ello, con la elaboración de un simple boceto será suficiente.
En la hoja de cálculo la introducción de datos es totalmente diferente. Es necesario
verificar que los datos introducidos van en consonancia con lo que se va obteniendo en
EPANET.
4.1. Hipótesis Simplificativas.
Hay una serie de hipótesis y simplificaciones que son comunes, tanto en EPANET, como
en la hoja de cálculo. Son las siguientes:
En cuanto al flujo, considera que:
- Es unidimensional en el sentido del eje de conducción.
- La invariabilidad temporal de las variables relacionadas con el flujo. Es decir, no
hay regímenes transitorios, las tuberías están siempre llenas.
- Hay una distribución uniforme de la velocidad y presión en las secciones
transversales.
Respecto al fluido:
- Incomprensible.
- Newtoniano.
- Homogéneo
- Monofásico.
Respecto a las conducciones:
- Homogeneidad y constancia del material, así como, de la sección y el diámetro.
Sin embargo, la principal diferencia entre ambas herramientas radica en el método de
cálculo de cada una de ellas. El programa comercial, tiene una potente base de cálculo
fundamentada en métodos numéricos, y, por tanto, consigue unos resultados muy
precisos. Aunque la hoja de cálculo no tiene esa potencia operativa, haciendo una
simplificación puede considerarse correcta. Este es uno de los puntos principales del
trabajo: corroborar y comprobar que se puede llegar a una solución válida mediante una
aproximación.
16 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
En la hoja de cálculo, se considera matemáticamente la instalación como una estructura
en árbol (figura 3). Es decir, se van acumulando los cálculos de las pérdidas en las
tuberías y accesorios, nodo a nodo, desde la bomba hacia las plantas superiores.
Figura 3. Estructura de la instalación con malla abierta.
Esta consideración es posible realizarla debido al tipo de configuración que tiene la
instalación. En el caso de una instalación, en la que sus tuberías describieran una
poligonal cerrada (figura 4), no sería posible predecir la dirección del flujo y, por tanto,
no se podrían calcular las pérdidas producidas, al no poder ir arrastrando los resultados
de un nodo a otro. Sin embargo, este problema también puede tener solución, si se
divide esa malla en dos ramales y se considera que la pérdida de carga en cada ramal
es la misma. Esa es la única forma de conseguir que el caudal esté en equilibro en el
punto en el que se divide la malla.
Figura 4. Estructura de la instalación con malla cerrada.
17 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
En esta instalación existe una malla en la planta sótano; no obstante, no tiene influencia
en el cálculo global. Debido a que se realiza el cálculo de la instalación para la situación
más desfavorable hidráulicamente, alimentando únicamente las dos BIEs de la última
planta, la séptima. Por tanto, se puede considerar que al no circular caudal por la planta
sótano, no habrá pérdidas en la instalación y, consecuentemente, la presión que se
tendría en todos los nodos de dicha planta, será la misma.
4.2. Ecuaciones Fundamentales.
En lo relativo a las ecuaciones utilizadas, ambos métodos de cálculo se basan en las
ecuaciones de conservación de la masa y la energía.
De tal manera que aplicando la ecuación de continuidad en los nudos, la cual dice que:
la suma algebraica de los caudales entrantes ha de ser igual a la de los caudales
salientes.
∑𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = ∑𝑄𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
Para la energía, se utiliza la ecuación de Bernoulli: “la energía por unidad de peso del
fluido en la sección aguas arriba (𝐸1), más la energía por unidad de peso cedida al
mismo a través de elementos activos, tales como bombas (ℎ𝑏) en el trayecto de 1 a 2
es igual a la energía por unidad de peso en la sección aguas abajo (𝐸2) más las pérdidas
de energía por unidad de peso entre las secciones 1 y 2 (ℎ1⟶2)”.
𝐸1+ℎ𝑏=𝐸2+ℎ1⟶2
La energía por unidad de peso en una determinada sección consta de tres
componentes:
𝐸 =𝑝
𝛾+ 𝑍 +
𝑣2
2𝑔
donde:
𝑝
𝛾: altura de presión.
Z: cota geométrica.
𝑣2
2𝑔: altura cinética.
18 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
4.3. Ecuaciones de Comportamiento de los elementos de la
instalación.
4.3.1. Pérdidas por fricción.
Es producida por la rugosidad interna de la tubería. Existen tres vías para calcularla:
- Método de Hazen-Williams: Se utiliza sólo para agua y conducciones de aguas
residuales. Desde su descubrimiento en 1902 es el método más implementado.
En nuestro caso, será utilizado en la hoja de cálculo y en el programa comercial,
ya que así figura especificado en la norma UNE.
- Método de Darcy-Weisbach: Sirve para todo tipo de líquidos y regímenes y es el
más exacto teóricamente.
- Método de Chezy-Manning: Para canales y tuberías de gran tamaño.
Todos estos métodos siguen una fórmula, con la estructura:
ℎ𝐿 = 𝐴 𝑄𝐵
En la siguiente tabla, se muestran los valores de los parámetros A y B.
Tabla 3. Ecuaciones para el cálculo de las pérdidas por fricción.
Siendo los coeficientes de rugosidad los siguientes:
Tabla 4. Ecuaciones coeficientes de rugosidad para cada material.
Con el método de Darcy-Weisbach, dependiendo del régimen de trabajo de la
instalación, el programa utiliza distintas expresiones, debido a que el factor de fricción
varia. Por ello, se tiene:
19 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
- Régimen laminar (Re < 2000): Utiliza la fórmula de Hagen-Poiseuille.
- Régimen turbulento (Re > 4000): Utiliza la aproximación de Swamee y Jain de
la ecuación de Colebrook-White.
- Régimen transitorio (2000 < Re > 4000): Utiliza la interpolación cubica del ábaco
de Moody.
4.3.2. Pérdidas menores.
En la hoja de cálculo, se tiene la opción de poder ir introduciendo, uno a uno, los
diferentes accesorios de cada tramo. Teniendo, cada uno de ellos, asignada una
longitud equivalente (estos datos vienen especificados en la segunda hoja Excel del
archivo) que hay que sumar a la longitud real de la tubería. Son los siguientes:
Tabla 5. Longitudes equivalentes.
Mientras, el programa comercial ofrece dos posibilidades: Por un lado, se puede rellenar
el espacio dentro de las características de cada tubería destinado a el coeficiente de
pérdidas, dependiendo del accesorio que corresponda (siguiendo la tabla que se
muestra a continuación); o bien, utilizar el método de las longitudes equivalentes, al
igual en la tabla de Excel, modelando cada accesorio como una longitud extra de tubería
que habrá que añadir a la medida real. Ambas opciones serán calculadas y evaluadas.
20 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Tabla 6. Coeficientes de pérdidas en los accesorios en función del diámetro.
(El programa calcula estas pérdidas, multiplicando el valor de la constante por 𝑣2
2𝑔⁄ )
Concluyendo, este apartado es proclive a producir diferencias, al estar realizando el
cálculo mediante dos métodos distintos.
4.3.3. Tipos de Válvulas.
Son elementos de regulación y control de caudal y presión. Están situados en puntos
específicos de la red y EPANET contempla las siguientes:
- Válvula reductora de presión: Como su nombre indica, reduce y limita la presión
en un punto determinado. Tiene tres estados en los que trabajar.
- Válvula sostenedora de presión: Para mantener una presión determinada en un
punto. El programa contempla distintos tipos de funcionamiento dependiendo de
su estado.
- Válvulas de rotura de carga: Fuerzan a que la caída de presión en la válvula sea
siempre de un valor determinado. El caudal que la atraviesa puede ir en ambas
direcciones.
- Válvula controladora de caudal: Limita el flujo a un caudal específico.
- Válvula reguladora por regulación: Regulan el coeficiente de pérdidas según su
apertura.
- Válvulas de propósito general: Se utilizan para modelar turbinas, pozos de
aspiración o válvulas para reducir el caudal y controlar el flujo inverso.
En la hoja de cálculo, únicamente se considera la válvula reductora de presión, al ser la
única necesaria e imprescindible para este caso. Al igual que para el programa
comercial, se utilizará a la entrada de las BIEs que tengan una presión superior a la
dictada por la norma (5,5 kg/cm²).
21 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
4.3.4 Emisores.
Los emisores son los puntos por los cuales el fluido abandona la instalación. Es decir,
la boca de salida de las BIEs.
EPANET utiliza la siguiente fórmula:
𝑄 = 𝐾√10.2 𝑃
Siendo:
Q ≡ Caudal [l/min]
P ≡ Presión [MPa]
K ≡ Coeficiente de descarga. Este valor viene especificado en la norma UNE 671-1, para
diámetros de 10 mm de boquilla.
Y ≡ Exponente de la presión. Para el caso de la BIE será 0.5.
Tabla 7. Relación de coeficientes de descarga en función del diámetro
equivalente.
Como se observa, en nuestro caso, el coeficiente valdrá 42. Sin embargo, para
transformarlo a las unidades que se están usando se tiene que:
𝐾𝐵𝐼𝐸 =42
60 ∗ √10.2= 0.2192
𝐿
𝑠 ∗ √𝑚𝑐𝑎
Una vez se inserta el valor del coeficiente de descarga en el nodo correspondiente, el
programa cambia automáticamente la apariencia del nodo. Transformándose de un
círculo a un rombo.
En el caso de la hoja de cálculo, este cálculo se realizará mediante una estimación,
considerando la pérdida de carga en la manguera de 1,5 kg/cm². Esta estimación está
recogida en la normativa.
22 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
4.3.5. Bombas.
Son los elementos encargados de aportar energía al fluido. Sus características más
importantes son el caudal y la carga. El programa relaciona ambas mediante la curva
característica de la bomba, la cual es posible crear y modificar.
El caudal fluye unidireccionalmente dentro de la bomba y el programa no permite que
ésta trabaje fuera de su rango, desconectándola en tal caso y mostrando un mensaje
de error.
El programa utiliza distintos tipos de curvas características de una bomba en función del
número de puntos que se ingresen. Así, se diferencian tres tipos:
- Curva de un solo punto: Se ingresan los valores de altura y caudal en el punto
de funcionamiento de la bomba.
- Curva de tres puntos: Punto de caudal mínimo, punto de diseño y punto de
caudal máximo. Obteniendo una función de la forma:
ℎ𝐺 = 𝐴 − 𝐵𝑞𝐶 - Curva multipunto: Con 4 o más puntos. El programa hace una interpolación de
todos ellos para hallar la gráfica.
El dimensionado de la bomba en Excel funciona de forma distinta:
1. Se calculan las pérdidas acumuladas en cada tramo y se identifica la máxima.
2. La presión necesaria de la bomba será la mayor pérdida sumada a la presión
mínima requerida en el manómetro, 35 m.c.a.
3. De esta forma, sabiendo que el caudal requerido está establecido por
normativa, se tienen los dos parámetros necesarios para determinar las
características de la bomba.
En el caso de Excel no será necesario utilizar una curva, ya que las bombas de
instalaciones contra incendios trabajan en una zona muy determinada de dicha curva,
siempre en torno al punto de funcionamiento, que es precisamente el punto que se
calcula con el programa. Este punto se situará siempre alrededor del caudal requerido
para cada tipo de BIE: para las de 25 mm de diámetro, 12 𝑚3
ℎ⁄ y para las de 45 mm,
25 𝑚3
ℎ⁄ , y la altura geométrica correspondiente.
4.3.6. Abastecimiento.
En el caso de la tabla de Excel, se considera que se dispone de una fuente inagotable
de abastecimiento, que proporciona de forma continua y a una presión constante el
caudal impuesto a la instalación.
EPANET cuenta con elementos distintos para modelar el abastecimiento: Tanques y
depósitos:
23 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
- Depósitos: Representan el mismo modelo que se ha implementado en Excel.
Una fuente infinita y sus parámetros más importantes son: su altura y su calidad
inicial, para realizar, por ejemplo, análisis de la calidad de una depuradora.
Aunque los depósitos, nunca van a verse influidos por lo que suceda en el resto
de la instalación, el programa permite mediante patrones temporales, observar
la evolución del nivel del depósito y su presión en función del tiempo.
- Tanques: Son nudos con capacidad de almacenamiento y en los que el volumen
almacenado puede variar temporalmente. Para su dimensionamiento, se debe
considerar su cota, diámetro y valores mínimos y máximos iniciales que limitan
su capacidad de operación.
4.3.6. Algoritmo de análisis.
En este punto es donde se encuentra la mayor diferencia entre ambos métodos de
cálculo. El programa comercial, EPANET, tiene una capacidad de cálculo y computación
muy superior a la que pueda tener una humilde hoja Excel.
El funcionamiento de la hoja de cálculo es sencillo. Va calculando la pérdida de cada
tramo de instalación (tuberías, accesorios y altura manométrica), sumándolas y
acumulándolas, según el nodo de origen y destino. Para calcular la presión en el
dispositivo hay que suponer que se coloca un grupo de un determinado caudal y presión,
por lo que la presión en el dispositivo será la diferencia entre la presión acumulada y la
del grupo. Este será el único parámetro iterativo de la hoja. Posteriormente, habrá que
buscar en un catálogo de bombas cual es la más apropiada para cumplir dichos
requerimientos calculados de caudal y presión.
Por su parte, EPANET sigue el método iterativo conocido como Método del Gradiente
para resolver las ecuaciones de continuidad y pérdidas existentes en una red hidráulica.
24 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
5 Software Utilizados
Las herramientas que se estudiarán para solucionar el problema son: la hoja de cálculo
de Excel y Epanet 2.0.
- Hoja de cálculo desarrollada en Excel: Se trata de una herramienta diseñada
para poder calcular cualquier tipo de instalación hidráulica. Está compuesta de
tres hojas: la primera de ellas es la principal, en ella se introducen los datos y se
hayan los resultados. La segunda contiene parámetros auxiliares, las longitudes
equivalentes, para modelar válvulas y accesorios. Finalmente, la tercera, vuelve
a ser auxiliar y en ella se encuentran los valores para la constante C según cada
material.
- EPANET: Es un programa comercial, gratuito y de dominio público desarrollado
por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Realiza análisis
a sistemas para la distribución de agua potable, además de ser capaz de hallar
caudales en redes de tuberías o de calcular la concentración de contaminantes
y calidad del agua, en función de unas condiciones iniciales.
5.1. Croquis de la instalación.
Para comenzar a trabajar con la instalación es necesario la realización de un croquis
preciso de ella. Identificando todos y cada uno de los nodos y puntos significativos.
Procediendo de esta forma, se crea una pequeña guía que ayuda y simplifica la
realización de los siguientes pasos, detallados a continuación para cada herramienta.
5.2. Hoja de Cálculo
Esta Hoja de cálculo objeto de análisis, ha sido desarrollada y adaptada para el cálculo
de una instalación de bocas de incendio equipadas.
Para el diseño de una instalación en la Hoja se seguirán los siguientes pasos:
1. Abrir la hoja de cálculo.
2. Introducir mediante una lista desplegable, en la primera hoja (a partir de ahora,
principal), los datos que se piden relativos al tipo de material y al diámetro de la BIE.
3. A continuación, se puede comenzar a rellenar la tabla en sí:
- Se comienza estableciendo y escribiendo los nodos de origen y destino entre las
tuberías de la instalación. Es fundamental usar exactamente los mismos
caracteres para denominar a un nodo. Esta es la forma que utiliza el programa
para contabilizar las pérdidas acumuladas.
25 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
- Introducir el diámetro de cada uno de los tramos en la tercera columna de la
hoja. Los diámetros están normalizados y en la segunda hoja se indican las
distintas medidas existentes.
- En la cuarta columna, debe alojarse la longitud real de cada tramo de tubería.
- Se pasa a completar las columnas relativas a los accesorios, válvulas u
obstáculos de cada tramo. Mediante listas desplegables se clica en los que
correspondan e introduce la cantidad de cada uno de ellos existente, los cuales
están asociados a una longitud equivalente de tubería.
- A continuación, se incluyen los caudales en la novena columna, que depende
del diámetro de las BIEs. Si son de 25 mm, el caudal en el grupo se pondrá
automáticamente a 200 l/min y si son de 45 mm a 400 l/min. Para el resto, hay
que proceder de tal forma que se alimenten a las dos BIEs más desfavorables
(las de la última planta), con la mitad del caudal que sale del grupo a cada una.
Mediante esta columna, se está trazando el recorrido del fluido y se indica donde
se encontrarán las pérdidas.
- Finalmente, hay que anotar los incrementos o decrementos de altura que se
producen en ese tramo del nodo de origen al de destino. Es conveniente recalcar
que, por normativa, las BIEs pueden estar colocadas a una altura máxima de 1,5
metros sobre el suelo. Si se sitúan todas a una misma altura no se obtienen
variaciones de este parámetro en el recorrido de las tuberías sobre una misma
planta y el incremento será nulo, de tal manera que se pueda establecer la cota
cero de nuestra instalación en cualquier punto.
Es recomendable rellenar la plantilla en orden ascendente y consecutivo del flujo, es
decir, desde la bomba hacia los emisores o BIEs. Así, se puede ir viendo cómo se van
acumulando las pérdidas, signo inequívoco de que se está introduciendo el nombre de
los nodos correctamente.
5.3. EPANET
Pasos a seguir para la utilización de éste programa comercial:
1. Abrir el programa.
2. “Se Pincha” en proyecto>>predeterminado para hacer que el programa
establezca automáticamente las etiquetas de identificación (ID) a cada elemento.
También, se pueden modificar las opciones de visualización del plano y de la
adición de objetos. Para ello, se selecciona en ver>>opciones y se adapta y
modifica a conveniencia del usuario.
Finalmente, hay que asegurarse que las dimensiones son las correctas antes de
comenzar a dibujar la instalación, seleccionando ver>>dimensiones.
3. Dibujar una representación de la red del sistema. Se realizará a partir del croquis
de la instalación elaborado en el que se han identificado los nodos, tuberías,
26 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
válvulas, bombas y un reservorio de agua (o aljibe). Estos iconos están
colocados en la parte superior de la pantalla del programa, en la barra de
herramientas. En este paso, hay que reseñar que no es necesario que las
tuberías estén conectadas de una forma geométricamente perfecta, el programa
sólo necesita un boceto.
Primero, se comenzaría colocando los depósitos; a continuación, se sitúan los
nodos de la instalación, que se unen mediante tuberías, bombas y válvulas. Es
importante fijarse en el sentido en el que se conectan estos nodos, ya que
determinarán el signo de parámetros como el caudal.
El programa incluye la opción de importar la descripción de la red mediante
archivo de texto o AutoCad.
4. Editar las propiedades de los objetos de la instalación. Tales como su longitud,
diámetro o coeficiente de pérdidas. “Pinchando” sobre los distintos objetos, se
despliega el editor de propiedades de cada uno y de esta forma se pueden ir
introduciendo sus parámetros uno a uno.
El programa ofrece la opción de establecer valores predeterminados de todas
las propiedades citadas. Simplemente haciendo click en proyecto>>
predeterminado>>propiedades se pueden modificar fácilmente.
5. Describir cómo trabaja el programa. En nuestro caso, se introducen cual es el
tipo de comportamiento de la bomba, su curva. En el menú buscador, se busca
la opción curva y se edita acorde a las necesidades de la instalación. Una vez
creada, hay que asignar la curva a cada bomba, desplegando de nuevo el editor
de propiedades.
6. Determinar las opciones de análisis, seleccionando proyecto, opciones de
análisis y, en nuestro caso, sólo se necesita manipular las opciones hidráulicas.
Como las unidades, ecuaciones de pérdidas (Hazen-Williams, como dice la
norma para nuestro caso) y otra serie de constantes y opciones.
7. Iniciar un análisis hidráulico. Clicando sobre el icono comenzará el proceso.
Sin este paso no se podrá obtener ningún tipo de resultado. Adicionalmente, el
programa permite realizar análisis temporales, proporcionando cómo
evolucionan variables como la calidad del agua (si se tuviera una planta
potabilizadora), el volumen de un depósito o el consumo de energía de una
bomba.
8. Obtener los resultados, los cuales pueden ser expuestos de muchas y variadas
formas y opciones, escogiendo según nos interese:
o Por un lado, es posible la visualización de los resultados
sobreimpresionados en el esquema de la instalación. “Pinchando” en la
opción del mapa del buscador, que aparece a la derecha de la pantalla.
Mostrando la variable deseada, tanto en los nodos, como en las tuberías
y abriendo un recuadro en el que nos permite escoger intervalos y colores
con los que mostrar los resultados.
27 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
o Por otro lado, se puede realizar una tabla con todos los resultados,
permitiéndose, de nuevo, escoger las variables y ordenar los resultados
según cada parámetro. Para ello, sólo hay que clicar en el icono de tabla
, que aparece en la barra de herramientas superior. El programa
también permite filtrar los resultados a enseñar en la tabla (en la opción
filtros) en función de los que interese.
28 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
6 Aplicación a un Caso Práctico
6.1. Descripción del edificio.
Se ha propuesto realizar una instalación contra incendios en un edificio que constará
de: un sótano con aparcamiento, una planta baja con oficinas y siete plantas con
oficinas. A continuación, se describe brevemente cada planta:
6.1.1. Planta Sótano.
Es la segunda planta bajo rasante. Ocupa la práctica totalidad de la parcela, con
una superficie aproximada de 8000 m².
Aparcamiento para unos 250 vehículos.
Rampas para acceso de vehículos y escaleras para acceso peatonal.
Zonas técnicas asociadas a las instalaciones comunes.
6.1.2. Planta Plaza.
Se trata de la primera planta bajo rasante; en ella se construyen locales, con
una superficie aproximada de 1000 m².
6.1.3. Planta Baja.
En este nivel sólo se construye la zona correspondiente al edificio de oficinas,
que cuenta con los siguientes usos:
Cuatro locales para oficinas comerciales, con uso asimilable al
administrativo, con una superficie aproximada de 200 m² cada uno de
ellos.
Locales técnicos y auxiliares.
Zona de recepción y núcleo de escaleras de acceso al resto de plantas.
En total, esta planta cuenta con una superficie total de unos 1000 𝑚2
aproximadamente.
6.1.4. Plantas Primera a Séptima.
Al igual que en la planta baja, en estos niveles sólo se construye la zona
correspondiente al edificio de oficinas, que cuenta con los siguientes usos:
Cinco locales para oficinas, con uso asimilable al administrativo, con una
superficie global aproximada de 800 m² por planta.
Aseos comunes, masculinos, femeninos y de minusválidos.
29 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Pasillos de acceso a locales de oficinas y núcleo de escaleras de acceso
al resto de plantas.
Las plantas segunda y tercera difieren en cuanto a su distribución, aunque
poseen los mismos elementos, pero girados 180º respecto al eje horizontal.
La superficie total construida del edificio es:
8000 m² del sótano.
3200 m² de la planta plaza.
1000 m² de la planta baja.
800 m² x 7 plantas = 5600 m².
Sumando se obtienen 17.800 m² de superficie total construida.
6.2. Dotaciones necesarias en cada planta.
6.2.1 Planta Sótano.
Es la planta en la que se sitúa el aparcamiento, lo que le obliga a cumplir unos
requerimientos distintos al resto de plantas. Las instalaciones de protección contra
incendios previstas en este caso son las siguientes:
Instalación de Detección de Incendios.
Instalación de Bocas de Incendio Equipadas, (BIEs).
Hidrantes exteriores (Rociadores)
Instalación de Alarma.
Sistemas de Extintores Portátiles.
Instalación de Alumbrado de Emergencia y Señalización.
Extracción forzada de humos.
6.2.2. Planta Baja y Superiores.
El resto del edificio está dedicado a oficinas de uso administrativo con una superficie
construida (sumando todas las plantas) de 7800 m². Necesitarán estar provistas de
los siguientes elementos:
Instalación de Detección.
Instalación de Alarma.
Instalación de Bocas de Incendio Equipadas, (BIEs).
Columna seca.
Instalación de Alumbrado de Emergencia y Señalización.
30 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
6.3. Reparto y colocación de BIEs.
Una vez se ha descrito el edificio, se procede a colocar y distribuir las BIEs, de forma
que se cumpla lo expuesto en el apartado 3 de normativa:
6.3.1. Planta Sótano.
Figura 5. Diagrama colocación de BIEs Planta Sótano.
Se van colocando las BIEs una a una y de forma que se cubra toda el área con su radio
de acción de 25 metros (círculo azul).
6.3.2. Planta Plaza.
31 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 6. Diagrama colocación de BIEs Planta Plaza.
Se coloca la BIE, de tal forma que la distancia a la salida del sector de incendio sea
menor de 5 metros (círculo blanco) y que con los 25 metros de radio de acción se cubra
toda el área requerida (círculo azul).
6.3.3. Planta Baja.
Figura 7. Diagrama colocación de BIEs Planta Baja.
Esta planta, al encontrarse a ras de suelo y tener un mayor número de salidas de sector
de incendio, necesitará de igual forma, un mayor número de BIEs. En concreto cinco.
32 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
6.3.4. Planta Primera, Cuarta, Quinta, Sexta y Séptima.
Figura 8. Diagrama colocación de BIEs Plantas Primera, Cuarta, Quinta, Sexta y
Séptima.
Al tener la misma distribución y disposición se pueden tratar de igual manera.
Estas plantas, necesitan dos BIEs para cumplir las condiciones expuestas. Están
distribuidas como se muestra en la figura.
6.3.5. Planta Segunda y Tercera.
Figura 9. Diagrama colocación de BIEs Plantas Segunda y Tercera.
33 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
De nuevo dos plantas con la misma distribución, en esta ocasión con una sola BIE se
cumplen los requisitos, como se ve en imagen.
Resumiendo, el número y numeración de BIEs por planta será el siguiente:
Planta Nº BIEs (Numeración)
Sótano 15 (1 a 15)
Planta Plaza 1 (33)
Planta Baja 5 (16 a 20)
Primera 2 (21 a 22)
Segunda 1 (23)
Tercera 1 (24)
Cuarta 2 (25 a 26)
Quinta 2 (27 a 28)
Sexta 2 (29 a 30)
Séptima 2 (31 a 32)
Tabla 8. Numeración de BIEs por planta.
34 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
7 Comparación de Resultados
7.1. Cálculo en EPANET
Tras introducir todos los datos en el programa, comprobar que son correctos y realizar
una depuración de errores, se puede iniciar la simulación del programa.
Se realiza la simulación con el software comercial utilizando dos métodos. Por un lado,
el método de las longitudes equivalentes y, por otro, el de los coeficientes de pérdidas,
para posteriormente compararlos.
Hay que recordar que las unidades utilizadas serán:
- Presión en [m.c.a.]
- Caudal en [l/s]
7.1.1. Cotas.
Figura 10. Cota de cada nodo.
7.1.2. Diámetros.
35 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 11. Diámetro de cada tubería.
7.1.3. Longitudes.
Figura 12. Longitud de cada tubería.
36 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
7.1.4. Longitud más longitud equivalente de cada tramo por
pérdidas de accesorios.
Figura 13. Longitud real +longitud equivalente de cada tubería.
7.2. Simulación.
7.2.1. Selección de la bomba.
Se realiza la simulación en EPANET, suponiendo una bomba de acuerdo al
cálculo en la hoja Excel. En la parte de abajo de la hoja se muestran estos
valores. Para escoger un valor normalizado de la bomba se deberá coger aquel
valor superior al obtenido y que sea múltiplo de 5. En este caso, se tratará con
una bomba de 90 m.c.a. y 12 𝑚3
ℎ⁄ . Con estos datos, se puede buscar en un
catálogo de cualquier marca comercial, en este caso Ebarra, y seleccionar la que
cumpla los requisitos.
37 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 14. Catálogo resumen de bombas en función de su altura manométrica y
caudal total.
38 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 15. Curvas de la bomba seleccionada.
Una vez, ha sido elegida la bomba, se escogen tres puntos con los que el
programa EPANET trazará la curva de altura-caudal. Hay que realizar un cambio
de unidades e introducir los datos en las unidades escogidas: altura en metros y
caudal en litros por segundo.
Altura (m) Caudal (l/s)
92 0
86 6.944
70 11.666
Figura 16. Resultados EPANET.
7.2.2. Tablas comparativas.
7.2.2.1. Nodos.
ID/ Nodo Dest. EPANET/EXCEL
Cota (m)
Caudal (l/s)
Presión manómetro
(m.c.a.) EPANET Long. Equivalente
Presión manómetro
(m.c.a.) Coeficiente
pérdidas
Presión manómetro
(m.c.a.) EXCEL
Depósito 0 -3.33 0.00 0.00 0.00
INTERMEDIO1 0 -3.33 -0.92 -0.56 0.00
INTERMEDIO2/AUX 0 -3.33 90.13 90.48 88.81
6 0 0 88.94 88.68 88.81
7 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 7 0 0 88.94 88.68 88.81
8 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 8 0 0 88.94 88.68 88.81
9 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 9 0 0 88.94 88.68 88.81
39 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
11 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 10 0 0 88.94 88.68 88.81
12 0 0 88.94 88.68 88.81
13 0 0 88.94 88.68 88.81
14 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 13 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 14 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 12 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 11 0 0 88.94 88.68 88.81
16 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 15 0 0 88.94 88.68 88.81
17 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 2 0 0 88.94 88.68 88.81
1 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 1 0 0 88.94 88.68 88.81
2 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 5 0 0 88.94 88.68 88.81
3 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 4 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 3 0 0 88.94 88.68 88.81
5 0 0 88.94 88.68 88.81
BIE 6 0 0 88.94 88.68 88.81
SUBIDA 0 0 3.33 88.41 88.19 88.28
SUBIDA 1 5.4 3.33 82.50 82.37 82.37
27 5.4 0 82.50 82.37 82.37
BIE 33 5.4 0 82.50 82.37 82.37
SUBIDA 2 10.8 3.33 76.59 76.46 76.46
18 10.8 0 76.59 76.46 76.46
BIE 18 10.8 0 76.59 76.46 76.46
19 10.8 0 76.59 76.46 76.46
177 10.8 0 76.59 76.46 76.46
BIE 16 10.8 0 76.59 76.46 76.46
BIE 17 10.8 0 76.59 76.46 76.46
20 10.8 0 76.59 76.46 76.46
BIE 19 10.8 0 76.59 76.46 76.46
BIE 20 10.8 0 76.59 76.46 76.46
SUBIDA 3 15.7 3.33 71.22 71.10 71.09
21 15.7 0 71.22 71.10 71.09
BIE 21 15.7 0 71.22 71.10 71.09
BIE 22 15.7 0 71.22 71.10 71.09
SUBIDA 4 20.6 3.33 65.85 65.73 65.73
BIE 23 20.6 0 65.85 65.73 65.73
SUBIDA 5 25.5 3.33 60.48 60.36 60.36
BIE 24 25.5 0 60.48 60.36 60.36
SUBIDA 6 30.4 3.33 55.11 55.00 54.99
22 30.4 0 55.11 55.00 54.99
BIE 25 30.4 0 55.11 55.00 54.99
BIE 26 30.4 0 55.11 55.00 54.99
SUBIDA 7 35.3 3.33 49.74 49.63 49.62
40 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
23 35.3 0 49.74 49.63 49.62
BIE 27 35.3 0 49.74 49.63 49.62
BIE 28 35.3 0 49.74 49.63 49.62
SUBIDA 8 40.2 3.33 44.37 44.27 44.25
24 40.2 0 44.37 44.27 44.25
BIE 29 40.2 0 44.37 44.27 44.25
BIE 30 40.2 0 44.37 44.27 44.25
SUBIDA 9 45.1 3.33 39.01 38.98 38.89
25 45.1 3.33 38.69 38.69 38.57
BIE 31 45.1 1.66 37.23 37.32 37.12
BIE 32 45.1 1.66 36.42 36.51 36.31
Tabla 9. Resultados en los nodos.
7.2.2.1. Tuberías.
ID Longitud (m)
Diámetro
(mm)
Accesorios Velocidad
(m/s)
Pérdida unitaria (m.c.a./
m)
ID Longitud (m)
Diámetro (mm)
Accesorios
Velocidad
(m/s)
Pérdida unitaria (m.c.a./
m)
1 1 50,80 Entrada normal/
Válvula de retención
doble clapeta
1,64 0,078 36 0,88 31,75 0,00 0,000
2 1 50,80 Válvula de retención
doble clapeta/ Válvula de retención
liviana
1,64 0,078 37 5,40 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
3 19,39 50,80 2 Codo 90º/Té lateral
0,00 0,000 38 0,74 50,80 Té lateral 0,00 0,000
4 37,41 76,20 3 Codo 90º/Té lateral
0,73 0,011 39 0,31 50,80 Té lateral 0,00 0,000
5 11,38 50,80 Codo 90º/Té bilateral
0,00 0,000 40 0,43 50,80 Té paso directo
0,00 0,000
6 7,16 31,75 Té lateral 0,00 0,000 41 9,34 50,80 Té bilateral
0,00 0,000
7 17,00 50,80 Té paso directo
0,00 0,000 42 2,46 50,80 Té bilateral
0,00 0,000
8 9,25 31,75 Té lateral 0,00 0,000 43 4,39 31,75 Té lateral 0,00 0,000
9 14,60 50,80 Té paso directo
0,00 0,000 44 12,71 50,80 Té bilateral
0,00 0,000
10 7,16 31,75 Té lateral 0,00 0,000 45 2,24 31,75 Té lateral 0,00 0,000
11 21,39 50,80 Té paso directo/Codo
90º
0,00 0,000 46 4,40 31,75 Té lateral 0,00 0,000
12 10,09 31,75 Té lateral/Codo
90º
0,00 0,000 47 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
41 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
13 31,46 50,80 Té paso directo
0,00 0,000 48 0,59 50,80 Té lateral 0,00 0,000
14 5,10 50,80 Té lateral 0,00 0,000 49 4,48 31,75 Té bilateral
0,00 0,000
15 1,02 31,75 Té lateral 0,00 0,000 50 8,27 31,75 Té bilateral
0,00 0,000
16 14,51 31,75 Té paso directo
0,00 0,000 51 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
17 10,27 50,80 Té lateral 0,00 0,000 52 0,73 50,80 Té lateral/ Codo 90º
0,00 0,000
18 1,02 31,75 Té lateral 0,00 0,000 53 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
19 9,16 31,75 Té paso directo/ Codo
45º
0,00 0,000 54 0,73 50,80 Té lateral/ Codo 90º
0,00 0,000
20 14,67 50,80 Té paso directo
0,00 0,000 55 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
21 17,03 31,75 Té paso directo/ Codo
45º
0,00 0,000 56 0,59 50,80 Té lateral 0,00 0,000
22 35,27 50,80 Té lateral 0,00 0,000 57 1,59 50,80 Té bilateral
0,00 0,000
23 1,85 31,75 Té lateral 0,00 0,000 58 2,59 50,80 Té bilateral
0,00 0,000
24 7,40 50,80 Té paso directo
0,00 0,000 59 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
25 17,00 31,75 Té salida bilateral/ Codo
45º
0,00 0,000 60 0,59 50,80 Té lateral 0,00 0,000
26 14,67 50,80 Té salida bilateral
0,00 0,000 61 4,48 31,75 Té bilateral
0,00 0,000
27 11,29 31,75 Té lateral/ Codo 90º
0,00 0,000 62 8,27 31,75 Té bilateral
0,00 0,000
28 5,10 31,75 Té lateral 0,00 0,000 63 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
29 1,02 31,75 Té lateral 0,00 0,000 64 0,59 50,80 Té lateral 0,00 0,000
30 14,51 31,75 Té paso directo
0,00 0,000 65 4,48 31,75 Té bilateral
0,00 0,000
31 31,46 50,80 Té paso directo
0,00 0,000 66 8,27 31,75 Té bilateral
0,00 0,000
32 10,67 31,75 Té lateral 0,00 0,000 67 4,90 50,80 Té paso directo
1,64 0,078
33 10,20 31,75 Té paso directo
0,00 0,000 68 0,59 50,80 Té lateral 1,64 0,078
34 5,40 50,80 Té paso directo
1,64 0,078 69 4,48 31,75 Té bilateral
2,11 0,214
35 6,10 50,80 Té lateral/ Codo 90º
0,00 0,000 70 8,27 31,75 Té bilateral
2,11 0,214
Tabla 10. Resultados en las tuberías.
42 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
7.3. Diferencias comparativas.
Como se puede observar los resultados son muy parecidos. Pero analicemos el
porqué de dichos resultados.
7.3.1. Curva altura-caudal.
Las presiones en el manómetro de la BIE varían del orden de 11/13 centésimas
de m.c.a., lo que representa un error del 0.3% en las BIEs más desfavorables, y
que se va arrastrando desde la salida de la bomba. Lo que lleva a pensar que
esta variación está provocada por la curva de altura-caudal de la bomba, ya que
tiene una cierta incertidumbre a la hora de tomar los puntos que la constituyen.
Para observar la sensibilidad de este dato, se modifican uno de los puntos en un
metro.
Altura (m) Caudal (l/s)
91 0
86 6.944
70 11.666
Con esta pequeña modificación, la diferencia en el valor de la presión en cada
nodo se dispara hasta 60 centésimas de m.c.a., representando un error de un
1,65%, superior al 0,3% anterior. Aunque a efectos prácticos de la instalación,
sigue siendo un valor aceptable.
7.3.2. Modelado tuberías.
Escogiendo el método de las longitudes equivalentes, en ambos casos, se
garantiza que las pérdidas de carga sean iguales. Con lo cual los resultados
serán más parejos que al modelar EPANET con los coeficientes de pérdidas.
7.3.2. Modelado bomba y accesorios.
Se estima la longitud real desde el depósito hasta el punto en el que comienza
la bomba, INTERMEDIO1, como 1 metro y la misma distancia desde
INTERMEDIO2, hasta AUX. En estos dos pequeños tramos, se sitúan las
válvulas que controlan y regulan el caudal, evitando transitorios y sobrepresiones
bruscas y elevadas. En la figura a continuación, se puede ver el esquema
ampliado de esta parte de la instalación, el cual se aplica a ambos métodos de
cálculo.
43 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 17. Esquema del modelado del sistema de abastecimiento y suministro en
EPANET.
44 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
8 Modificaciones y Comprobaciones
8.1. Instalación de válvulas reguladoras de presión.
Una vez obtenidos los resultados, se observa que la presión en las BIEs situadas entre
las plantas sótano y la cuarta, superan la presión establecida por la norma que impide
que la presión en el manómetro sea superior a 55 m.c.a. Para evitar este problema, se
coloca una válvula de regulación de presión a la entrada de cada BIE, de tal forma que
se impone una presión de tarado de dichos 55 m.c.a. La presión en cada BIE y el
esquema de la instalación quedarían de la siguiente manera:
Figura 18. Resultados tras la instalación de válvulas reguladoras de presión.
Nº BIE Presión
manómetro
(m.c.a.)
EXCEL
Presión tras
válvula
(m.c.a.)
Nº BIE Presión
manómetro
(m.c.a.)
EXCEL
Presión
tras válvula
(m.c.a.)
1 88.81 55 18 76.46 55
2 88.81 55 19 76.46 55
3 88.81 55 20 76.46 55
4 88.81 55 21 71.09 55
5 88.81 55 22 71.09 55
6 88.81 55 23 65.73 55
7 88.81 55 24 60.36 55
8 88.81 55 25 54.99 **
9 88.81 55 26 54.99 **
10 88.81 55 27 49.62
11 88.81 55 28 49.62
12 88.81 55 29 44.25
45 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
13 88.81 55 30 44.25
14 88.81 55 31 37.12
15 88.81 55 32 36.31
16 76.46 55 33 75.83 55
17 76.46 55
Tabla 11. Resultados tras la instalación de válvulas reguladoras de presión.
** Las BIEs 25 y 26 están muy cerca de la presión de límite que pueden aceptar, estando
en el caso del cálculo de EPANET incluso por encima, por ello, se colocará una válvula
reguladora de presión.
El objetivo de esta limitación, aparte de por las razones mecánicas obvias de resistencia
de la tubería, es asegurar que una persona no preparada e inexperimentada, pueda
tener la capacidad y fuerza necesaria para manejar la manguera y extinguir el fuego.
8.2. Modelado con coeficiente de emisión.
Una de las comprobaciones a realizar es corroborar que la suposición que hace la
norma, al respecto de la pérdida de carga a lo largo de la manguera de la BIE, es
correcta. Como ya se ha comentado en el apartado correspondiente, por una parte, el
RIPCI nos impone que la presión dinámica en el orificio de salida o en punta de lanza
ha de ser, como mínimo, de 2 kg/cm². Mientras que, el RT2-CEPREVEN, nos indica que
la presión mínima residual en el orificio de salida o manómetro, debe ser de 3,5 kg/cm².
Por lo que se deduce que las pérdidas en la manguera se estiman en 1,5 kg/cm² y eso
es lo que se va a intentar corroborar en este apartado.
Tal y como se calcula en el apartado 6, para una BIE de 25 mm, se tiene una
𝐾𝐵𝐼𝐸=0,2192. De tal forma, utilizando el programa EPANET, sólo se tiene que introducir
este valor, en las dos BIEs más desfavorables de nuestra instalación, en la casilla de
“coeficiente de emisión”, obteniendo los siguientes resultados:
Nº BIE Presión manómetro
(m.c.a.)
Presión punta de lanza
(m.c.a.)
Diferencia
(m.c.a.)
31 37.23 22.60 14.63
32 36.42 20.77 15.65
Como puede observarse, los resultados se aproximan a la estimación considerada de
15 m.c.a.; de hecho, si se realiza la media entre del resultado en ambas BIEs, se
obtienen 15.14 m.c.a. De esta forma, se ha comprobado que la estimación realizada es
correcta y asegurando la presión en el manómetro, se puede afirmar que la presión en
punta de lanza lo es igualmente.
8.3. Modelado con bomba exacta.
Los resultados obtenidos en la instalación se hallan tras hacer un
sobredimensionamiento en la elección de la bomba. Debido a que no hay bombas para
todas las presiones, se escoge la bomba que proporciona una presión más similar, por
46 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
encima siempre, de la obtenida. En este caso, se escoge una bomba con 90 m.c.a. y
12 𝑚3
ℎ⁄ .
Sin embargo, en este apartado, se va a calcular mediante Excel el caso hipotético de
una bomba que proporcione justamente la presión calculada. Al ser una hipótesis, no
existe una curva de comportamiento de la bomba, por lo que, no podrá calcularse en el
programa comercial de EPANET.
En la siguiente tabla, se muestra la comparativa de los resultados obtenidos si la presión
que proporciona la bomba es de 90 o 88,70 m.c.a.
ID/ Nodo
Dest.
Presión
manómetro
(m.c.a.)
Real/Sobred
im.
Válvula
BIE
(m.c.a.)
Variación
porcentual
(%)
ID/ Nodo
Dest.
Presión manómetro
(m.c.a.)
Real/Sobredim.
Válvu
la
BIE
(m.c.
a.)
Variación
porcentual
(%)
Depósito 0.00/0.00 0 BIE 33 81.07/82.37 55 1.58
INTERMEDI
O1
0.00/0.00 0 SUBIDA
2
75.16/76.46 1.70
INTERMEDI
O2/AUX
87.51/88.81 1.46 18 75.16/76.46 1.70
6 87.51/88.81 1.46 BIE 18 75.16/76.46 55 1.70
7 87.51/88.81 1.46 19 75.16/76.46 1.70
BIE 7 87.51/88.81 55 1.46 177 75.16/76.46 1.70
8 87.51/88.81 1.46 BIE 16 75.16/76.46 55 1.70
BIE 8 87.51/88.81 55 1.46 BIE 17 75.16/76.46 55 1.70
9 87.51/88.81 1.46 20 75.16/76.46 1.70
BIE 9 87.51/88.81 55 1.46 BIE 19 75.16/76.46 55 1.70
11 87.51/88.81 1.46 BIE 20 75.16/76.46 55 1.70
BIE 10 87.51/88.81 55 1.46 SUBIDA
3
69.79/71.09 1.83
12 87.51/88.81 1.46 21 69.79/71.09 1.83
13 87.51/88.81 1.46 BIE 21 69.79/71.09 55 1.83
14 87.51/88.81 1.46 BIE 22 69.79/71.09 55 1.83
BIE 13 87.51/88.81 55 1.46 SUBIDA
4
64.43/65.73 1.98
BIE 14 87.51/88.81 55 1.46 BIE 23 64.43/65.73 55 1.98
BIE 12 87.51/88.81 55 1.46 SUBIDA
5
59.06/60.36 2.15
BIE 11 87.51/88.81 55 1.46 BIE 24 59.06/60.36 55 2.15
16 87.51/88.81 1.46 SUBIDA
6
53.69/54.99 2.36
BIE 15 87.51/88.81 55 1.46 22 53.69/54.99 2.36
17 87.51/88.81 1.46 BIE 25 53.69/54.99 2.36
BIE 2 87.51/88.81 55 1.46 BIE 26 53.69/54.99 2.36
1 87.51/88.81 1.46 SUBIDA
7
48.32/49.62 2.62
BIE 1 87.51/88.81 55 1.46 23 48.32/49.62 2.62
2 87.51/88.81 1.46 BIE 27 48.32/49.62 2.62
BIE 5 87.51/88.81 55 1.46 BIE 28 48.32/49.62 2.62
3 87.51/88.81 1.46 SUBIDA
8
42.95/44.25 2.94
BIE 4 87.51/88.81 55 1.46 24 42.95/44.25 2.94
47 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
BIE 3 87.51/88.81 55 1.46 BIE 29 42.95/44.25 2.94
5 87.51/88.81 1.46 BIE 30 42.95/44.25 2.94
BIE 6 87.51/88.81 55 1.46 SUBIDA
9
37.59/38.89 3.34
SUBIDA 0 86.98/88.28 1.47 25 37.27/38.57 3.37
SUBIDA 1 81.07/82.37 1.58 BIE 31 35.82/37.12 3.50
27 81.07/82.37 1.58 BIE 32 35.01/36.31 3.58
Tabla 12. Resultados con bomba exacta.
48 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
9 Grupo Contra Incendios y Sistema de Abastecimiento
Como ya se ha comentado previamente es imprescindible la elección de una bomba y
su curva correspondiente para realizar cualquier simulación en EPANET. En este
apartado se describen las características de esa bomba, además de la relación que
debe guardar con el resto de la instalación y el sistema de abastecimiento de agua. La
elección se ha tomado teniendo en cuenta la normativa de obligado cumplimiento en
territorio nacional, la UNE 23500-2012.
9.1. Tipos de configuraciones.
Primeramente, es necesario comentar los dos tipos de configuraciones normalizadas
que puede seguir nuestro sistema de abastecimiento: funcionamiento en aspiración y
en carga.
- Funcionamiento en aspiración: Cuando el depósito se sitúa a una cota menor
que la de la bomba.
Figura 19. Esquema bomba en aspiración.
- Funcionamiento en carga: Cuando el depósito se sitúa a una cota superior a la
de la bomba, como es nuestro caso.
49 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 20. Esquema bomba en carga.
9.2. Cálculo del NSPH.
Sin embargo, para analizar qué tipo de configuración se va a implantar, se debe calcular
uno de los parámetros fundamentales, junto a la altura geométrica y el caudal de
impulsión para poder proceder a la selección del grupo de presión, el NPSH disponible
(Net Positive Suction Head o Altura neta de succión positiva, en español). Este
parámetro expresa la diferencia entre la presión del líquido a bombear por el eje
impulsor y la tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo. Se define
mediante la siguiente fórmula:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = 105 ∗(𝑃′ − 𝑇𝑣)
𝜌 ∗ 𝑔+ 𝑍 − 𝐻𝑎𝑐
donde,
𝐻𝑎𝑐= Altura geométrica [m]. Expresa la diferencia de cota vertical entre la salida del
depósito y la bomba.
Z= Pérdidas de carga en la aspiración [m].
𝑇𝑣= Tensión de vapor del líquido a la temperatura de bombeo [bar]. En la siguiente tabla
pueden observarse sus valores.
50 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Tabla 13. Variación de la tensión de vapor del líquido según la temperatura de
bombeo.
Suponiendo que la temperatura sea de 20ºC.
𝑃′= Presión del gas ejercida sobre el nivel del líquido en la aspiración. Si el
recipiente está sometido a la presión atmosférica, valdrá 1 bar.
𝜌= Densidad del fluido, en este caso, agua= 1000 𝑘𝑔
𝑚3⁄
g= Aceleración de la gravedad=9.8 𝑚𝑠2⁄
Sustituyendo y tomando los datos de la simulación realizada en Excel, se pretende
colocar la salida del depósito a la misma cota que la de la bomba, obteniendo:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = 105 ∗(1.02 − 0.002338)
1000 ∗ 9.8− 0.281 = 10.1
Igualmente, se define el NPSH requerido, que, en este caso, es un valor que viene dado
por las características de la bomba: el modelo, el tamaño y las condiciones de servicio.
Debe venir definido por el fabricante.
Este parámetro está relacionado con el fenómeno de la cavitación, por el cual, en algún
punto de la corriente, la presión se hace tan pequeña como la de vapor. El fluido
reacciona y cambia de fase produciéndose micro cavidades llenas de vapor en el interior
de la corriente. Para que no se produzca, se debe conseguir que:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 > 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 + 0.5.
51 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 21. Relación entre NPSH disponible y requerido.
Recordando la curva del 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜 de la bomba que se supuso (figura 15), se
obseva que tiene un valor de 1, por lo que se cumple sobradamente el requisito. La
suposición realizada fue correcta.
9.3. Descripción del grupo de presión y depósito.
Buscando en el catálogo comercial de la factoría Ebarra, habíamos encontrado que el
modelo AF-U12 ENR 40-250/18,5 satisfacía las condiciones mínimas necesarias. La
norma nos establece que el grupo ha de estar formado por la combinación de un grupo
eléctrico junto con una bomba Jockey, con las dimensiones y características
especificadas a continuación:
Figura 22. Esquema del conjunto de bomba seleccionado.
52 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
- Bomba eléctrica ENR 40-250 de 18,5 kW. Se trata de una electrobomba
centrífuga normalizada de un escalón y una entrada movida por un motor
trifásico.
- Bomba auxiliar Jockey B/25 de 1,85 kW. Se trata de una bomba accionada
eléctricamente.
- Un cuadro eléctrico, que será el encargado del control, maniobra y protección de
los distintos elementos que componen la instalación contra incendios.
- Depósito: La norma nos impone que el sistema debe estar capacitado para
proveer suministro durante una hora y a una presión mínima de 35 m.c.a. en las
BIEs más desfavorables.
Por tanto, si se necesita proporcionar un caudal de 12 𝑚3
ℎ⁄ , durante una hora,
se requerirá un depósito de al menos 12 𝑚3 para nuestro caso y BIEs de 25 mm
de diámetro.
Se coloca un depósito como se muestra en la siguiente figura:
Figura 23. Esquema disposición del depósito.
siendo:
N el nivel normal de agua
X el nivel más bajo de agua y se situará al mismo nivel que están las BIEs, es
decir, 1,5 m sobre el suelo.
D el diámetro de la tubería de aspiración
A la dimensión mínima entre el tubo de aspiración y el nivel más bajo del agua
B es el tubo de aspiración y el fondo del depósito
La zona rayada entre X y N, representa la capacidad efectiva del depósito y
tendrá dicho valor citado de 12 𝑚3 .
Con los condicionantes expuestos, se instala el siguiente depósito, dispuesto de forma
horizontal:
53 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Figura 24. Depósito.
Cuyas dimensiones son:
L=4100 mm
D=2000 mm
El depósito irá dispuesto sobre un foso de hormigón armado que deberá construirse.
Por último, la norma nos obliga a que la tubería de aspiración tenga un diámetro mínimo
de 65 mm, concretamente, con nuestras necesidades de caudal, se instalará una tubería
de aspiración de un metro de longitud del modelo DN-65.
54 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
10 Conclusiones
10.1. Conclusiones.
Con la elaboración de este documento se perseguían dos objetivos:
Validar los resultados obtenidos mediante la hoja de cálculo, comparándolos con
los hallados a través del programa comercial EPANET. Además de comparar
dos métodos distintos y alternativos de modelado de instalaciones hidráulicas.
Exponer las ventajas e inconvenientes de utilizar la Hoja de Cálculo frente a un
programa comercial de cálculo de instalaciones hidráulicas.
10.1.1. Validación de resultados.
Para llevar a cabo este proceso, se ha realizado un análisis comparativo entre los
resultados obtenidos mediante el programa comercial y la Hoja de Cálculo de Excel. Se
evalúa la principal magnitud del problema, como es la presión en cada nodo de la
instalación (ya que el caudal es un dato impuesto para cumplir con la normativa, en la
situación que nos ocupa, la más desfavorable).
Concretamente, en la tabla 9, se muestran los resultados obtenidos:
- Por un lado, se ha calculado la instalación vía EPANET, usando dos métodos
distintos de modelado: el método de las longitudes equivalentes y el método de
los coeficientes de pérdidas.
- Por otro lado, se realiza el mismo cálculo haciendo uso de la Hoja Excel
elaborada, que utiliza el método de las longitudes equivalentes.
En ambos casos se obtuvieron unos resultados muy similares.
- Entre los distintos métodos calculados mediante EPANET, se obtienen unas
variaciones de 0.26 m.c.a. en los nodos situados a la salida de la bomba, pero
que se reducen hasta 0.09 m.c.a. en los nodos situados a mayor cota. De tal
forma, esta variación no constituye un error significativo ni inadmisible.
- Al comparar los resultados obtenidos por los dos procedimientos de EPANET,
con los obtenidos por la hoja Excel, se llega a un resultado en el que la
desviación es incluso menos apreciable. Variaciones de 0.11-0.13 m.c.a.,
apenas representan una variación del 0.3% del total. Siendo esta pequeña
desviación arrastrada desde los primeros nodos, a la salida de la bomba y no
viéndose incrementada conforme fluye hacia nodos superiores.
Finalmente, tras este análisis, se puede concluir que los resultados obtenidos gracias a
la hoja de cálculo de Excel son válidos, respecto a EPANET, al estar muy próximos
entre sí, y que las diferencias obtenidas se deben a pequeñas variaciones en el
modelado. Analizando los resultados, se observa que la principal fuente de error se halla
en el modelado de la bomba y sus nodos cercanos, que constituyen un punto crítico.
55 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Sin embargo, no se puede afirmar que estos resultados son los exactos, para ello, se
necesitaría poder comparar estos dos programas respecto a una referencia, realizando
una calibración. Siguiendo este razonamiento, tampoco puede afirmar qué herramienta
proporciona unos resultados más aproximados.
10.1.2. Ventajas e inconvenientes de la Hoja respecto al programa
comercial.
Las ventajas del uso de la Hoja de cálculo respecto a un programa convencional, como
EPANET, son las siguientes:
En EPANET, se han de ir revisando uno por uno los valores y parámetros
que toma por defecto, los cuales se encuentran algo escondidos en la
pestaña de opciones hidráulicas. Este programa, también otorga unos
valores por defecto a las características de cada nodo y tubería, lo cual
constituye un arma de doble filo que obliga a revisar y cerciorarse de que
los datos introducidos son los correctos.
Por el contrario, en la parte superior de la hoja principal de Excel ya se
muestra el material de la tubería y su constante para introducir en la
fórmula la Hazen-Williams, además de estar indicadas las unidades de
cada magnitud en la cabecera.
La flexibilidad y capacidad de adaptación que se encuentra en la hoja de
cálculo es incomparable a la que se puede encontrar en cualquier
programa comercial enfocado al cálculo de instalaciones hidráulicas. En
Excel, se puede modificar, agregar y adaptar a nuestras necesidades
cualquier funcionalidad, nueva o existente. Por el contrario, los
programas comerciales tienen una serie de funcionalidades limitadas e
inmodificables que fueron elaboradas por una empresa.
Siguiendo con el razonamiento del apartado anterior, se llega a otra
conclusión, y es que en un programa comercial no es posible conocer
cómo funciona, cómo realiza sus cálculos y opera. En los manuales,
apenas se da una breve idea e introducción sobre ello. En el caso de que
hubiera algún error en las fórmulas o parámetros característicos, se
podría estar validando algo que no es cierto sin darnos cuenta y sin poder
remediarlo, al no ser posible acceder al código del programa.
En la hoja Excel, basta con situarse en una celda para conocer cómo se
ha realizado una operación, siendo así más clara y transparente.
A pesar de la aparente sencillez de la hoja de cálculo –pues se está
realizando una aproximación, no se están utilizando métodos numéricos
y se está suponiendo una estructura en árbol- es posible obtener buenos
resultados, muy similares a los de un programa comercial con toda su
complejidad.
56 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
Los inconvenientes del uso de la hoja de cálculo frente al programa EPANET, son las
siguientes:
EPANET incluye un entorno gráfico, en el que se dibuja un boceto de la
instalación hidráulica, haciendo la introducción de datos del problema
más sencilla e intuitiva. Mientras que la hoja está pensada para ir
introduciendo uno a uno cada nodo de la instalación, por lo que
necesitará de una mayor comprensión y conocimiento para poder
manejarla con soltura.
EPANET es un programa más completo, al permitir no sólo realizar los
cálculos hidráulicos de una instalación, si no también calcular la calidad
de su agua, la concentración de un componente, la energía consumida y
el coste que tendría, amén de evaluar estos elementos a lo largo del
tiempo. Sin olvidar que es capaz de mostrar éstos mediante gráficas,
combinando los parámetros que se deseen.
La hoja de cálculo no hace uso de métodos numéricos, con lo cual no se
pueden resolver instalaciones que no sigan estructuras en árbol sin tener
que realizar una aproximación, cosa que si es posible en EPANET.
10.2. Propuestas de mejora.
Gracias a la flexibilidad y capacidad de manipulación que ofrece la hoja de cálculo, se
podría mejorar y adaptarla para futuros proyectos destinados al cálculo de instalaciones,
haciendo de ella un programa más completo. Pero no sólo para instalaciones
hidráulicas; si se quisiera se podría adaptar esta tabla para el cálculo eléctrico,
sustituyendo la presión por el voltaje, el caudal por la intensidad, los accesorios por las
resistencias y los cables por las tuberías.
Sin embargo, enfocando el caso que nos atañe, de una instalación contra incendios, se
podrían realizar las siguientes propuestas:
Ampliar el abanico de problemas que puede resolver (no sólo para el caso
instalaciones contra incendios). Para ello, sería necesario hacer uso de la
herramienta de macros, que incluye Excel, para poder modelar instalaciones
en la que existan elementos, tales como bombas, depósitos o tanques, que
evolucionen a lo largo del tiempo.
Usar las ecuaciones de mecánica de fluidos para resolver el problema de una
forma exacta y sin aproximaciones para cualquier tipo de fluido y régimen.
De esta forma, se conseguiría una mejor aproximación, sustituyendo el
método de las longitudes equivalentes.
Por último, se podría contemplar la elaboración de un presupuesto de los
recursos materiales y energéticos, a la vez que se realiza el cálculo
hidráulico.
57 Departamento de la Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería
I
Referencias
[1] https://exceltotal.com
[2] Wikipedia.
[3] Catálogo de Bombas de Ebarra.
[4] US Enviromental Protection Agency. Traducción del grupo multidisciplinar de
modelación de Fluidos de la Universidad Politécnica de Valencia, «EPANET 2. Manual de
Usuario».
[5] Castillo, A. Tedde, C. Martínez, I. Segura, F. «Instalación Contra Incendios».
[6] Maraver Ceballos, Abel. «Proyecto de Fin de Carrera. Desarrollo de una Metodología y
una Herramienta de Cálculo de Instalaciones de Transporte de Fluidos». 2014.
[7] Moreno Díaz, Luna. «Trabajo de Fin de Grado. Desarrollo de una Metodología y
Herramienta de Cálculo de Instalaciones Eléctricas de Baja Tensión». 2015.
II
ANEXO I
ESQUEMA DE LA
INSTALACIÓN
III
Índice de Planos
Plano 1. Planta Sótano. IV
Plano 2. Planta Plaza. V
Plano 3. Planta Baja. VI
Plano 4. Planta Primera. VII
Plano 5. Planta Segunda. VIII
Plano 6. Planta Tercera. IX
Plano 7. Planta Cuarta. X
Plano 8. Planta Quinta. XI
Plano 9. Planta Sexta. XII
Plano 10. Planta Séptima. XIII
Plano 11. Esquema general de la instalación. XIV
I
II
JUNIO 2017
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI