Todos los equipos y sistemas que componen una instalación de climatización, deben estar instalados de acuerdo a unas recomendaciones, normalmente indicadas en Especificaciones Técnicas, que a su vez, recogen normativas y guías reconocidas tanto en ámbito nacional como internacional.
Tal es el caso de este artículo, que es un extracto del catálogo de los fabricantes de torres de enfriamiento de EE.UU Evapco, que recoge las recomendaciones de IBC (International Building Code) válido para cualquier equipo o instalación que se quiera analizar para proteger de un sismo.
¿Qué es IBC? (Código Internacional de Edificación)
El Código Internacional de Edificación (IBC, por sus iniciales en inglés) es un amplio conjunto de regulaciones sobre el diseño estructural y los requerimientos de instalación para sistemas de edificios, incluyendo los equipamientos HVAC y los de refrigeración industrial. El IBC tiene la intención de reemplazar los siguientes códigos: BOCA (National Building Code), ICBO (Uniform Building Code) y SBCC (Standard Building Code).
Comparado con los códigos de edificación previos que consideraron sólo la estructura de los edificios y los componentes de anclaje, los requerimientos contenidos en el IBC apuntan a los anclajes, integridad estructural y la capacidad operacional de los componentes después de un evento sísmico o de cargas generadas por el viento. Simplemente, el código IBC establece los requerimientos para los equipamientos de enfriamiento evaporativo, y todos los otros componentes instalados permanentemente en una estructura, deben estar diseñados para soportar los mismos esfuerzos sísmicos o de carga del viento que la edificación en la que estén instalados.
¿Cómo se aplica el código IBC 2006 a las Torres de Enfriamiento?
Basado el código postal del lugar de construcción del proyecto y los factores de diseño del lugar, se hacen los cálculos para determinar las “fuerzas g” sísmicas equivalentes y la carga del viento (en libras por pié cuadrado – psf) sobre la unidad. La torre de enfriamiento debe ser diseñada para resistir el mayor de los dos esfuerzos, el sísmico o el de la carga del viento.
Todas las localidades con criterios de diseño que resulten con fuerzas sísmicas de diseño de hasta 1,0 g y cargas del viento de 60 psf o menores pueden proveerse de torres AT de diseño estructural estándar. Están disponibles torres con diseño estructural reforzado para instalaciones con criterios de diseño que resulten en “fuerzas g” mayores que 1,0 g. La más alta “fuerza g” para localidades en Norteamérica es 5,12g. La mayor carga del viento mostrada en los mapas es 170 mph, que es aproximadamente igual a 145 psf de presión dinámica. Por lo tanto, la opción de diseño estructural de grado superior para la nueva torre AT diseñada para 5,12 g y 145 psf la hacen aplicable para TODAS las construcciones ubicadas en Norteamérica.
Diseño Sísmico
El mapa del US Geological Survey, sitio web http://www.usgs.gov/ muestra la actividad sísmica potencial en los Estados Unidos. Los edificios construidos en las áreas roja, naranja y amarilla del mapa es más probable que requieran las torres AT con diseño de construcción reforzado basado en los factores de diseño sísmico del lugar. Extructuras de uso crítico, tales como hospitales, probablemente también requieran el diseño reforzado.
El arquitecto o ingeniero civil del proyecto es responsable por la determinación de los factores de diseño sísmico a usarse en el diseño del edificio. Un ingeniero mecánico consultor y/o el contratista constructor aplicarán estos factores a una serie de cartas y gráficos para determinar los factores de diseño sísmico apropiados basados en la ubicación de la instalación y en la “importancia” de la facilidad.
Los factores específicos necesarios para el diseño sísmico así como un ejemplo de cálculo sísmico se muestran en la página siguiente.
Diseño por el viento
El código IBC 2006 incluye un mapa de líneas de contorno de velocidades básicas del viento (ráfagas de 3 segundos). Sin embargo, las regulaciones locales pueden ser más exigentes que las velocidades del mapa. Los factores específicos necesarios para calcular la carga del viento, así como un ejemplo de cálculo se muestran más adelante. La fuerza de diseño que sea más severa para el edificio – ya sea sísmica o del viento – es la que determina el diseño de la construcción y el equipamiento asociado.
Implementación del diseño
EVAPCO aplica la información de diseño sísmico y de carga del viento proporcionada en el proyecto para determinar las características estructurales del equipamiento para que reúna los requerimientos IBC. Este proceso asegura que el equipamiento mecánico y sus componentes cumplen con las disposiciones de IBC tal como están dadas en los planos y especificaciones del proyecto.
Certificación Independiente:
Aunque las referencias IBC están basadas en el código de construcción ASCE 7, muchos capítulos y párrafos del ASCE 7 han sido reemplazados por el IBC, se contemplan certificación y métodos de análisis independientes para tales párrafos.
Para la más reciente edición del código, el proceso de conformidad de EVAPCO incluye un exhaustivo análisis por una agencia de aprobación independiente.
El certificado de cumplimiento demuestra que el equipamiento ha sido independientemente probado y analizado de acuerdo con los requerimientos IBC para eventos sísmicos y carga del viento. Si los requerimientos del proyecto son desconocidos, deben efectuarse los siguientes cálculos:
Cálculo de Carga Sísmica
Los datos requeridos para calcular la carga sísmica son:
Categoría de la Ocupación – I, II, III ó IV dependiendo de la naturaleza de la ocupación de la estructura. La Tabla 1604.5 del Código IBC 2006 define cada una de las cuatro categorías en detalle. En resumen las cuatro categorías son:
• Categoría I – Estructuras que representan un bajo riesgo para la vida humana en el evento de una falla.
• Categoría III – Estructuras que representan un substancial riesgo para la vida humana en el evento de una falla.
• Categoría IV – Estructuras designadas como facilidades esenciales.
• Categoría II – Cualquier estructura no incluida en I, III ó IV.
Clasificación del Terreno – A, B, C, D, E o F en base al tipo de suelo y sus propiedades mecánicas. El Código IBC 2006 define en detalle cada una de las categorías en la tabla 1613.5.2 IBC especifica terreno clase “D” cuando se desconocen las propiedades del suelo.
Respuesta Espectral Máxima de Aceleración (Ss) - Valor numérico encontrado usando la información de US Geological (USGS) basada en el Código Postal del proyecto. Este dato puede ser determinado usando el Ground Motion Parameter Calculator en http://www.usgs.gov/. Advierta que el calculador asume una clasificación de terreno B para los 0,2 segundos de máximo Ss. El coeficiente de terreno (Fa), definido a continuación, corregirá para la actual clasificación del terreno.
Coeficiente de Terreno (Fa) – Valor comprendido entre 0,8 y 2,5 determinado en base al Ss y la clasificación del terreno: La tabla 1613.5.3(1) del Código IBC 2006 define estos valores.
Respuesta Espectral de Aceleración de Diseño (SDS) – Valor calculado usando los valores para Ss y Fa.
Factor de Amplificación (ap) - 2,5 para componentes flexibles o componentes agregados flexibles. Debido a que su frecuencia natural inherente es baja, muchos equipamientos de enfriamiento evaporativo caen bajo la definición de flexible. Por tanto, el valor por defecto para Torres de Enfriamiento es 2,5. Para más información consultar la Tabla 13.6-1 del Estándar 7-05 de la American Society of Civil Engineers (ASCE).
Factor de Modificación de Respuesta (Rp) – 2,5 para equipamiento de enfriamiento evaporativo no aislado. 2,0 para equipamiento de enfriamiento evaporativo con aislantes de vibración. La Tabla 13-6.1 del ASCE 7-05 de donde IBC a menudo hace referencias, provee información adicional.
Peso de Operación del Componente (Wp) – El término peso no se aplica a la ecuación de más abajo, debido a que EVAPCO está expresando la fuerza en términos de “g” y no en libras/kilogramos.
Factor de Importancia (Ip) – 1,5 para Ocupación Categoría IV, componentes para proteger la vida, requeridos para que funcionen después de un evento sísmico, o componentes con contenido peligroso. 1,0 para otros componentes. ASCE 7-05 Sección 13.1.3 proporciona detalles adicionales sobre factores de importancia.
Ubicación de la Instalación (Z/h) – 0 para unidades instaladas a nivel del suelo. 1,0 para unidades instaladas en el techo. Por ASCE 7-05 Sección 13.3, z = la altura del punto de instalación del componente y h = la altura relativa del techo.
Fuerza Sísmica de Diseño, (Fp) - “Fuerza-G” que la unidad debe ser capaz de resistir. Este número se calcula usando los factores descritos más arriba. Las Nuevas Torres AT se ofrecen en dos opciones de diseño estructural:
- Diseño Estructural Estándar ≤ 1,0g
- Diseño Estructural Reforzado – hasta 5,12g (valor máximo para Norteamérica).
Ejemplo de Cálculo de Carga Sísmica
El siguiente ejemplo muestra el procedimiento para la determinación del diseño estructural que se requeriría bajo la última versión del IBC, para un Hospital Comunitario ubicado en Charleston, SC, (código postal 29401). En este ejemplo, la torre de enfriamiento será instalada en el techo, aproximadamente a 60 pies sobre la calle. La unidad será instalada con un sistema aislador de vibraciones.
Para satisfacer los requerimientos del código, la unidad y su anclaje deben construirse para 2,24g. Esto requerirá que se elija la opción de estructura reforzada para cumplir los requerimientos sísmicos de este proyecto. Debido a que la carga sísmica requiere el diseño estructural reforzado, el resultado de la carga del viento no cambiará el diseño y no es requerido en este análisis.
Cálculo de la Carga del Viento
Los datos requeridos para calcular la carga del viento son:
Velocidad Básica del Viento (V) – Valor numérico, en millas por hora (mph) encontrado en ASCE 7-05 Figuras 6-1 (A,B,C)
Factor de Direccionalidad del Viento (Kd) - 0,85 para componentes y revestimientos del edificio. La Tabla 6-4 de ASCE proporciona información adicional.
Categoría de Ocupación - I, II, III ó IV dependiendo de la naturaleza de la ocupación del edificio. La Tabla 1604.5 del Código IBC 2006 define cada categoría en detalle. Ésta es la misma Categoría de Ocupación usada en el cálculo sísmico.
Factor de Importancia (I) - Valor numérico entre 0,77 y 1,15 basado en la Velocidad Básica del Viento y la Categoría de Ocupación. Estos valores se encuentran en la Tabla 6-1 de ASCE 7-05.
Categoría de Exposición – B, C o D según se define en la Sección 6.5.6.3 de ASCE 7-05.
Elevación del Componente (z) - Altura del anclaje de la unidad en pies
Altura Nominal de la Capa Atmosférica Divisoria (zg) – Valor numérico basado en la Categoría de Exposición. Estos valores se encuentran en la Tabla 6-2 de ASCE 7-05.
Ley del Exponente de la Fuerza del Viento – Ráfagas de 3 segundos (a) – Valor numérico basado en la Categoría de Exposición. Estos valores se encuentran en la Tabla 6-2 de ASCE 7-05.
Coeficiente de Exposición a la Presión Dinámica (Kz) – Valor calculado usando los valores de zg y a.
Factor Topográfico (Kzt) – 1,0 por defecto cuando los efectos topográficos no son un factor. ASCE 7-05 Sección 6.5.7 proporciona detalles adicionales sobre factores topográficos.
Presión Dinámica (qz) - Este número en libras por pie cuadrado (psf) se calcula usando los factores descritos más arriba. Las Nuevas Torres AT se ofrecen con la opción de dos diseños estructurales, consistentes en:
Diseño Estructural Estándar – hasta 60 psf
Diseño Estructural Reforzado – hasta 145 psf (valor máximo para Norteamérica).
Ejemplo de Cálculo de Carga del Viento
El siguiente ejemplo demostrará el procedimiento para determinar cuál es el diseño estructural, bajo la última versión de IBC, requerido por un edificio ubicado en Miami, Fl, USA. En este ejemplo, la torre de enfriamiento se instalará en el techo del edificio de 60 pies de altura.
Para satisfacer los requerimientos del código, la unidad y sus accesorios deben ser diseñados y construidos para soportar la carga de 59,93 psf. Esto significa que el diseño de construcción estándar cumple con los requerimientos de la carga del viento del proyecto. Dado que la carga del viento no requiere el diseño estructural reforzado, debe realizarse el cálculo de la carga sísmica para determinar si el resultado varía el diseño de la unidad.
Nota:
Información del Catálogo EVAPCO Bulletin 331B.
Traducido por Ing. Sr. Lino Cunazza Rivera
Para RCA Ltd., Chile.
www.rcaltd.cl
