CÁLCULO HIDRÁULICO DE SISTEMAS DE ROCIADORES

Aquí presentamos de manera general y sucinta, el procedimiento básico para realizar los cálculos hidráulicos de un sistema de rociadores automáticos, configurado tipo “árbol”.

1. Identificar la clasificación de la ocupación a ser protegida.

La norma NFPA 13 presenta cinco (5) posibilidades de selección, a saber: Riesgo Ligero, Riesgo Ordinario (grupo I y grupo II), Riesgo Extra (grupo I y grupo II); también presenta una guía de las ocupaciones que pueden considerarse dentro de las diferentes clases de riesgo.

2. Seleccionar el tamaño del área de operación de rociadores (área de diseño).

Esta es el área donde se considera que los rociadores se abrirán para descargar agua en ocasión de un incendio. El resto de los rociadores permanecerán cerrados. El área de diseño es la hidráulicamente más demandante.

Si los requerimientos no son impuestos, el diseñador tiene la opción de usar cualquier tamaño de área permitido por la norma, de acuerdo a la clasificación de la ocupación.

  1. Determinar la densidad de diseño requerida.

La densidad de diseño es la mínima cantidad de agua que debe ser descargada desde cada rociador y es expresada en gpm/pie2 de área de piso. La densidad de diseño estará basada en la clase de riesgo y en el área de diseño, de acuerdo a las gráficas de Área/Densidad de la norma NFPA 13.

  1. Determinar el área de cobertura de rociadores.

El área de cobertura se calcula conociendo la distancia entre rociadores y la distancia entre ramales. Se aplica la siguiente fórmula:

Ar = S x L

Ar: Área protegida por cada rociador
S: Distancia entre rociadores
L: Distancia entre ramales

 

  1. Establecer el número de rociadores contenido en el área de diseño.

Además de conocer el tamaño del área de diseño, también debe conocerse cuántos rociadores se incluyen en dicha área. Esto se hace aplicando la siguiente fórmula:

Nr = Ad/Ar

Nr: Número de rociadores en el área de diseño
Ad: Tamaño del área de diseño

 

  1. Determinar el perfil del área de diseño.

Es necesario establecer el perfil y la localización del área de diseño. La norma NFPA 13 requiere que sea rectangular, con un ancho de al menos 1,2 veces la raíz cuadrada del área de diseño, paralelo a los ramales. Así, el ancho del área de diseño se calcula como sigue:

El ancho obtenido se divide por la distancia entre rociadores para obtener cuántos rociadores se incluyen en el mismo.

Nrr = W/S

Se requiere que el área de diseño sea la de mayor demanda hidráulica. Generalmente es el área físicamente más alejada. En los casos donde no sea obvio, se deben completar varios cálculos para determinar cuál corresponde.

  1. Marcar los puntos de referencia.

En el plano del sistema, identificar los rociadores dentro del área de diseño con números, y las intersecciones, cambios de elevación y de diámetro con letras.

  1. Calcular el caudal mínimo requerido en el primer rociador.

El caudal mínimo requerido en el primer rociador (el más alejado) se determina de la siguiente forma:

q = Dd x Ar

Dd: Densidad de diseño

  1. Calcular la presión mínima requerida en el primer rociador.

La presión mínima requerida para descargar el caudal mínimo por el primer rociador se calcula como sigue:

P = (q/k)2

K: Coeficiente de descarga del rociador

La norma NFPA 13 prescribe una presión mínima de 7 psi; si el cálculo da menos se debe usar ese valor y ajustar el caudal.

  1. Calcular la pérdida de presión entre el primer y el segundo rociador.

Se puede utilizar la fórmula de Hazen-Williams para computar las pérdidas por fricción entre rociadores. Pero lo más común es obtener el factor de fricción de tablas o gráficos existentes; el factor obtenido se multiplica por la longitud del tubo entre rociadores.

  1. Obtener la presión en el segundo rociador

La pérdida por fricción entre rociadores se suma a la presión requerida en el primer rociador, obteniéndose la presión requerida en el segundo rociador.

  1. Calcular el caudal del segundo rociador.

El caudal del segundo rociador se determina mediante la siguiente ecuación:

Este caudal se suma al caudal del primer rociador para obtener el caudal que pasará por el tubo entre el segundo y tercer rociador.

  1. Repetir los pasos 10 al 12 para los rociadores sucesivos.

Conocido el caudal que pasará por el tubo entre el segundo y tercer rociador, se puede determinar la pérdida por fricción entre el segundo y el tercer rociador. Esta pérdida se añade a la presión requerida en el segundo rociador para obtener la demanda de presión en el tercer rociador. Esta presión se usa para calcular el caudal del tercer rociador, de la forma que se describe en el paso 12. Este proceso es repetitivo hasta que se calculen todos los rociadores en el primer ramal.

  1. Calcular la pérdida de presión entre el último rociador del ramal y tubo alimentador.

La pérdida por fricción entre el último rociador y la intersección con el tubo alimentador, debe incluir el accesorio de conexión. El diámetro del accesorio lo determina el diámetro del ramal conectado. La longitud equivalente se puede obtener de tablas y nomogramas existentes. Al sumar esta pérdida de presión con la presión requerida en el último rociador del ramal se obtiene la presión en la intersección.

  1. Si el área de diseño se extiende al lado opuesto del tubo alimentador, se repiten los pasos 8 al 14 para ese lado. La intersección de los ramales debe balancearse a la presión más alta.

En estos casos se obtienen dos demandas de presión y de caudal en el punto de conexión de los ramales. Dado que no es posible que existan dos presiones en un mismo punto al mismo tiempo, se debe usar la presión más alta y balancear el ramal de presión más baja. El caudal en el ramal de presión más baja debe ser ajustado a la presión más alta mediante la siguiente ecuación:

Qaj: Caudal ajustado
Qb: Caudal calculado en el ramal de presión más baja
Pa: Presión más alta
Pb: Presión más baja

El caudal ajustado se añade al obtenido para el ramal de mayor presión y se obtiene el caudal que llega a la conexión.

  1. Calcular un “factor K” para el accesorio en la intersección de los ramales con el colector.

Con la presión y el caudal en el punto de intersección se puede determinar un factor K, tal y como sigue:

Este factor K es igual para las intersecciones siguientes en el área de diseño que sean similares. Si hay alguna intersección diferente se debe determinar otro factor K.

  1. Repetir pasos 10 al 12 para los accesorios de intersección (como si fuesen rociadores) hasta que todos dentro del área de diseño estén incluidos.

El caudal de la primera intersección se usa para calcular la pérdida por fricción entre ésta y la segunda intersección. Esta pérdida se suma a la presión requerida en la primera intersección para obtener la presión demandada en la segunda. Con esta presión y el factor K computado en el paso anterior se obtiene el caudal requerido en la segunda intersección, usando la ecuación del paso 12.

  1. Computar las pérdidas de fricción hasta el punto de suministro, con compensación por cambios de elevación, válvulas, accesorios, cambios de diámetro y diferencia de material de las tuberías, si las hubiere.

No se añade ningún caudal después que todos los ramales dentro del área de diseño han sido calculados. El resto del cálculo envuelve las pérdidas por fricción hasta el punto de suministro. Se debe incluir las pérdidas en válvulas y accesorios. Asimismo, se debe tomar en cuenta algún cambio de diámetro en las tuberías y en el material de las mismas.

Es necesario considerar la diferencia de altura entre el rociador más alto y el punto de suministro, para añadir la presión por elevación a la presión demandada y obtener la presión total.

Pe = 0,433 x h

Pe: Presión por elevación (psi)
h: Diferencia de altura (pies)

 

  1. Añadir los requerimientos para mangueras.

Se debe considerar un caudal adicional para requerimientos de mangueras interiores y exteriores (si existen hidrantes); la cantidad va a depender de la clase de riesgo protegido, de acuerdo con NFPA 13.

La demanda de las mangueras internas debe ser añadida a los cálculos en el punto de conexión a la red de tuberías dentro de la edificación. Si existen hidrantes alimentados por la bomba, la demanda debe ser añadida en el más cercano al montante del sistema de rociadores.

  1. Seleccionar la bomba para el sistema.

El paso final del proceso de cálculo es seleccionar la bomba para el sistema de rociadores. Con la demanda de caudal y presión obtenida en los pasos anteriores se escoge la bomba requerida, considerando que el caudal nominal debe ajustarse a lo establecido en la norma NFPA 20.

 

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

 

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