Este artículo resume el documento técnico “Diseño de recintos para clasificaciones de huracanes y el código de construcción de Florida” de Jacob Vanderloop, ingeniero senior de proyectos de diseño de Kohler Co.
Mientras los truenos retumban y los relámpagos destellan, los sistemas de energía de reserva sirven como última línea de defensa durante eventos climáticos extremos como huracanes, al brindar apoyo energético crucial a instalaciones esenciales como hospitales, centros de emergencia y refugios. ¿Alguna vez estuvo en Florida durante un huracán? Algunas de las condiciones climáticas más hostiles de los Estados Unidos se desarrollan aquí.
Según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), la velocidad del viento durante estas tormentas puede superar las 180 mph. Teniendo en cuenta estas condiciones extremas, Florida ha establecido un sistema exhaustivo de protocolos de prueba y regulaciones para estructuras que incluyen sistemas de energía cruciales. El Código de Construcción de Florida (FBC) contiene estas pautas y evalúa la capacidad de los cerramientos para resistir la carga del viento, proteger contra la lluvia y repeler el impacto de los escombros transportados por el viento.
Es fundamental incorporar estos factores al diseñar el gabinete de un sistema de energía. El objetivo es garantizar que los sistemas de energía permanezcan operativos cuando más se necesitan. Este artículo lo guiará a través de estos elementos de diseño críticos y garantizará su comprensión de los requisitos de conformidad con las clasificaciones de huracanes y la FBC.
El Código de Construcción de Florida (FBC, por sus siglas en inglés) sirve como guía para las empresas de construcción y edificación en el estado, y se arraigó en 2002. Instalado por la administración de Florida, este código de construcción estatal unificado es aplicado por todos los órganos de gobierno locales. Su intención principal es salvaguardar las estructuras de los edificios dentro de Florida, asegurando que posean la fuerza para resistir huracanes y otros eventos naturales catastróficos.
La FBC sigue un enfoque de clasificación de edificios, basándolo en su riesgo de ocupación como se establece en la sección 1604.5. Existen cuatro categorías que evalúan el propósito de las estructuras y los posibles riesgos asociados. Esta clasificación ayuda a alinear la construcción de los edificios y estructuras con su utilidad y especificaciones originales. La FBC asigna una categoría de riesgo a cada edificio y estructura.
Estas categorías de riesgo exhiben variaciones menores que dependen de la utilización prevista del edificio. Un ejemplo de ello son las instalaciones esenciales, como hospitales y residencias de ancianos, que entran en la categoría de riesgo IV. Estas categorías de riesgo se extienden a todos los rincones de Florida, independientemente de su ubicación geográfica. Además, el Capítulo 4 de FBC detalla distintos requisitos y pautas para una variedad de estructuras en relación con su ocupación y utilidad. Para determinar los requisitos específicos para cualquier estructura dentro de Florida, este capítulo es una referencia indispensable.
Para referencia de la FBC puede descargar el siguiente documento:
NAVEGANDO A TRAVÉS DE ZONAS DE HURACANES DE ALTA VELOCIDAD
FBC contiene regulaciones específicas sobre gabinetes de sistemas de energía de reserva. Estas reglas garantizan que los recintos sean seguros, particularmente en las Zonas de Huracanes de Alta Velocidad (HVHZ), que incluyen condados como Miami-Dade y Broward. Estas zonas experimentan algunas de las condiciones climáticas más severas durante un huracán. HVHZ estipula los requisitos máximos para sistemas de energía críticos según FBC.
Para validar la integridad estructural, los recintos del sistema de energía de reserva se someten a evaluaciones rigurosas que definen su resiliencia contra la carga del viento, la intrusión de la lluvia y los impactos de los escombros transportados por el viento. El cumplimiento de estas salvaguardas garantiza el funcionamiento confiable del sistema de energía durante condiciones climáticas adversas.
EVALUACIÓN DE CATEGORÍAS DE RIESGO
La sección 1620 de FBC aclara los requisitos de carga de viento para estructuras en HVHZ. Esta sección requiere que cada edificio se diseñe de acuerdo con ASCE 7-10 y elige la categoría de riesgo en función de su uso. Los sistemas de energía de reserva generalmente se incluyen en las Categorías de Riesgo II, III y IV. La siguiente imagen muestra las velocidades básicas del viento para la Categoría de riesgo II en Florida.
Las siguientes imágenes ilustran las velocidades básicas del viento en el estado de Florida para las Categorías de Riesgo III y IV, respectivamente.
USO DE MÉTODOS DE DISEÑO
Las simulaciones de carga de viento son un método aceptable para determinar la resiliencia de cualquier estructura frente a cargas de viento. La sección 1620.2 de FBC circunscribe las velocidades del viento para estructuras dentro de HVHZ según su categoría de riesgo. Una vez que se establece una categoría de riesgo, estas velocidades del viento se pueden emplear para determinar estrategias y cálculos para diseñar el recinto de los sistemas de energía.
Sección 1620.2 del Código de Construcción de Florida
1620.2 La velocidad del viento (ráfaga de 3 segundos) utilizada en los cálculos estructurales será la siguiente:
– Condado de Miami-Dade
- Categoría de riesgo l Edificios y estructuras: 165 mph
- Categoría de riesgo ll Edificios y estructuras: 175 mph
- Categoría de riesgo lll Edificios y estructuras: 186 mph
- Categoría de riesgo IV Edificios y estructuras: 195 mph
– Condado de Broward
- Categoría de riesgo l Edificios y estructuras: 156 mph
- Categoría de riesgo ll Edificios y estructuras: 170 mph
- Categoría de riesgo lll Edificios y estructuras: 180 mph
- Categoría de riesgo IV Edificios y estructuras: 185 mph
GESTIÓN DE LAS INTRUSIONES DE AGUA DE LLUVIA
El agua es una amenaza importante para los sistemas de energía de reserva. Si bien es necesario mantener el flujo de aire para el funcionamiento eficiente del sistema, también es vital proteger el sistema de la entrada de agua de lluvia a las fuentes de ventilación.
UL 2200 prescribe estándares para proteger los sistemas de energía del agua y optimiza su funcionalidad. Los protocolos de prueba según esta norma corroboran la capacidad del recinto para resistir la intrusión de agua de lluvia.
CREACIÓN DE DISEÑOS DE REJILLAS EFICACES Kohler, por ejemplo, utiliza un diseño de rejilla de lluvia vertical de alta velocidad para cumplir con los estándares UL 2200. Emplean métodos de prueba como la dinámica de fluidos computacional (CFD) para validar la efectividad del gabinete contra la lluvia de alta velocidad y mantener un flujo de aire adecuado dentro del sistema de energía.
La siguiente imagen demuestra el flujo de aire a través de una rejilla de lluvia de alta velocidad mediante simulación CFD. Como se muestra en la imagen, el aire ingresa a la rejilla a una velocidad máxima de 6,5 m/s (1250 pies/min). Se puede ver el aire acelerando y girando simultáneamente una vez que ingresa a la rejilla. El aire puede trazar la curva de la rejilla, mientras que las partículas de agua no. Estas partículas de agua quedan atrapadas por el perfil en forma de C.
La gravedad ayuda a drenar el agua por la parte inferior de la rejilla a través de los puertos de drenaje que se muestran en la Figura 6. Luego se puede ver que el flujo de aire se acelera y continúa a través de las rejillas y hacia el gabinete del sistema de energía.
Es importante tener en cuenta que la restricción de aire es un factor importante al dimensionar una rejilla de lluvia y verificar que el sistema de energía reciba una cantidad adecuada de flujo de aire para seguir funcionando.
PRUEBAS DE IMPACTO CONTRA ESCOMBROS TRANSPORTADOS POR EL VIENTO
En regiones propensas a huracanes como Florida, los escombros arrastrados por el viento podrían representar una enorme amenaza. Por lo tanto, es esencial evaluar la capacidad del recinto para resistir tales escombros durante condiciones de viento torrencial.
La FBC en su sección 1626 prescribe los estándares de protección contra impactos requeridos. Las estructuras están sujetas a rigurosas pruebas de impacto de misiles, realizadas según los protocolos TAS 201 y TAS 203. Estas pruebas priorizan la integridad estructural y la seguridad de los cerramientos.
MÉTODOS DE PRUEBA DETALLADOS Las pruebas de impacto de misiles implican el lanzamiento de misiles simulados, como por ejemplo de dos por cuatro de madera, a un ritmo vertiginoso hacia el recinto. Este procedimiento evalúa la resistencia de los recintos a la penetración y al daño estructural causado por los escombros transportados por el viento.
Los siguientes requisitos de prueba se describen en las secciones 1626.2 a 1626.4 de FBC.
- Esta prueba se realizará en al menos tres unidades de gabinete completamente ensambladas.
- El misil grande estará compuesto por una pieza de madera que tendrá unas dimensiones nominales de dos pulgadas por cuatro pulgadas y un peso de nueve libras (4,1 kg).
- El misil grande impactará la superficie de cada muestra de prueba a una velocidad de 50 pies por segundo (15,2 m/s) y 80 pies por segundo (24,38 m/s) para la Categoría de Riesgo IV (edificios o estructuras de instalaciones esenciales).
- Cada muestra de prueba recibirá dos impactos en cada ubicación especificada.
Es importante tener en cuenta que las estructuras de Categoría de riesgo IV, como edificios o estructuras de instalaciones esenciales, requieren que las pruebas de impacto de misiles se completen a 80 pies por segundo (24,38 m/s) según 1626.2.4 de FBC. La siguiente tabla de la División de Manejo de Emergencias 2018 compara el nivel de protección D y E en función de la diferencia en la velocidad del misil de 50 pies/seg (15,2 m/s) frente a 80 pies/seg (24,38 m/s) respectivamente.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
La finalización exitosa de las pruebas de impacto de misiles considera que los gabinetes del sistema de energía de reserva son elegibles para la certificación que indica el cumplimiento de FBC. Esta certificación ayuda a los inspectores de edificios a verificar el cumplimiento de las regulaciones durante el proceso de inspección de permisos. Para obtener la certificación FBC, el gabinete debe satisfacer los siguientes criterios de aprobación/rechazo:
- Sin desacoplamiento de ningún panel o sujetador (FBC 5.1.3).
- Ninguna abertura que exceda las 3,0″ de diámetro.
- Ausencia de penetración de proyectiles en el recinto.
- Puertas de acceso funcionales (capaces de abrir y cerrar) post-impacto.
APLICAR TÉCNICAS DE SIMULACIÓN
Herramientas como la simulación y el análisis computacional, en particular el análisis de elementos finitos (FEA), desempeñan un papel crucial en la configuración del proceso de diseño de un gabinete de sistema de energía. Las simulaciones de impacto ayudan a identificar posibles puntos y áreas débiles antes de las pruebas de impacto reales del misil.
Las capacidades de simulación brindan la oportunidad de modificar el diseño del gabinete antes de la etapa de construcción y prueba. En la siguiente imagen se puede ver una representación de las simulaciones de pruebas de impacto. Esta ilustración subraya la precisión de las simulaciones FEA y revela posibles puntos de falla en el diseño del gabinete.
La siguiente imagen ofrece una comparación entre las simulaciones de pruebas de impacto y los fenómenos observados durante las pruebas de impacto de misiles reales. En la simulación se ve que la puerta de acceso se vuelve cóncava al ser impactada por el misil simulado. Se pueden presenciar efectos similares durante la prueba de impacto del misil real (imagen siguiente), pero ahora con el refuerzo diseñado incluido para resistir la prueba.
Además de comprender los métodos de prueba, la resistencia efectiva a la lluvia, los diseños de las rejillas y evaluar las categorías de riesgo, es fundamental consultar a la FBC y a la jurisdicción local para garantizar un diseño eficaz y el cumplimiento normativo del producto. Mientras Florida continúa luchando contra los huracanes, quienes viven allí pueden estar seguros de que la electricidad permanecerá encendida, incluso en las condiciones climáticas más tormentosas.
Si tiene preguntas sobre las clasificaciones de huracanes o sobre la compra de un paquete certificado de generador y gabinete, no dude en comunicarse con nosotros. Estamos disponibles a través de la función de chat de Whatsapp en esta página, correo electrónico a info@bnhgenerators.com y también por teléfono al +1.954.657.7777. ¡Siempre estamos aquí para ayudar!
