CONSIDERACIONES ACERCA DEL ÁREA DE COBERTURA DE ROCIADORES

En un artículo anterior se trató el tema del Área de Cobertura de los rociadores, un parámetro esencial en el diseño de sistemas de rociadores automáticos, al cual, por lo tanto, se le tiene que prestar la debida atención. Este parámetro impacta la cantidad de rociadores contenidos en el Área de Diseño y la densidad de descarga de agua, lo que va a influir en el desempeño del sistema.

En el artículo referenciado se indica cómo se debe calcular el Área de Cobertura, cuáles son las áreas de cobertura máximas de acuerdo a la clase de ocupación y las separaciones máximas y mínimas entre rociadores. En el presente artículo se pretende profundizar en el tema con la intención de aclarar algunas dudas que se pueden presentar cuando se diseña un sistema de rociadores y se realiza la distribución de los mismos.

Empezamos por recordar que el área de cobertura es el área que se asume que va a impactar la descarga de agua desde un rociador cuando se abra; para efectos de la distribución de los rociadores y los cálculos en la etapa de diseño del sistema. Además, que el área de cobertura máxima de rociadores depende del tipo de construcción, el riesgo de ocupación y de la clase de rociadores utilizados. Para rociadores spray estándar, colgantes o montantes, el área de cobertura máxima puede llegar a ser 225 pie2 (20,9 m2), para riesgo Ligero. Para rociadores ESFR, el área de cobertura máxima es 100 pie2 (9,3 m2), en cualquiera situación que se utilicen. Para rociadores residenciales, el área de cobertura máxima es indicada en la hoja de datos del fabricante, al igual que para otros tipos de rociadores.

Para determinar el área de cobertura de un rociador particular (Ar) se debe considerar la separación entre rociadores y entre éstos y las paredes u obstrucciones. Es decir, se debe medir la distancia a los rociadores adyacentes, tanto en el mismo ramal como en los ramales vecinos, y la distancia a la pared, en caso que se trate del último rociador del ramal o del último ramal, o a las obstrucciones, en caso que las haya. A la medida en el sentido del ramal se le denomina S y corresponde al mayor valor entre la distancia al rociador adyacente y dos veces la separación a la pared u obstrucción. A la medida en el sentido perpendicular se le denomina L y corresponde al mayor valor entre la distancia al rociador en el ramal adyacente y dos veces la separación a la pared u obstrucción.

El Área de Cobertura del rociador se obtiene multiplicando la dimensión S por la dimensión L:

Ar = S x L

Por otra parte, la norma NFPA 13 establece las separaciones máximas y mínimas permitidas entre rociadores y entre éstos y las paredes u obstrucciones, para las diferentes Clases de Ocupación; las cuales se deben tener presentes y tomar en cuenta en el proceso de diseño, al realizar la distribución de los rociadores, que, como se ha dicho, son la base para calcular el área de cobertura. En ese sentido, es importante destacar que no siempre las dimensiones S y L pueden ser iguales a las separaciones máximas permitidas.

La separación máxima entre rociadores spray estándar, colgantes o montantes, para todas las Clases de Ocupación puede ser de 15 pies (4,57 m). Pero para el único caso donde aplica que la medida para S y para L sea igual a la separación máxima es para una ocupación de riesgo Ligero. Para un riesgo Ordinario, si los rociadores a lo largo del ramal se distancian 15 pies (4,57 m), la separación de los rociadores en los ramales adyacentes no puede exceder de 8,66 pies (2,64 m). Si se quiere tener una distribución cuadriculada, las distancias deben ser de 11,4 pies (3,47 m) por lado. Para un riesgo Extra cuando la densidad de descarga es igual o mayor a 0,25 gpm/pie2, si los rociadores a lo largo del ramal se distancian 12 pies (3,66 m), la separación de los rociadores en los ramales adyacentes no puede exceder de 8,33 pies (2,54 m). Si se quiere tener una distribución cuadriculada, las distancias deben ser de 10 pies (3 m) por lado.

La separación de los rociadores a las paredes también tiene sus consideraciones. Para rociadores spray estándar, colgantes o montantes, la separación máxima a una pared puede ser de 7,5 pies (2,28 m), pero el que se pueda utilizar esa medida va a depender de la separación entre rociadores. ¿Y eso por qué? Veamos: Supongamos un riesgo Ordinario y que los rociadores a lo largo del ramal se distancian 15 pies (4,57 m); el último ramal no puede estar separado de la pared más de 4,33 pies (1,32 m), porque si la distancia es mayor a ese valor se sobrepasaría el área máxima de cobertura de los rociadores ubicados en ese ramal. (Dejo de tarea las cuentas).

Figura 1.

Todo lo anterior no quiere decir que siempre haya que separar los rociadores la distancia máxima; tampoco quiere decir que los rociadores deban siempre cubrir el área máxima. Esos son los límites. La configuración de los ambientes a proteger influye mucho en estos parámetros y, a fin de cuentas, el diseñador tiene la libertad de decisión. Pero siempre se debe tratar de optimizar el diseño, buscando, en la medida de lo posible, acercarse a los límites.

Y a todas éstas, ¿así como hay un área máxima, hay un área mínima de cobertura? La respuesta es sí. ¿Qué cuál es? La que se obtiene cuando se utiliza la separación mínima entre rociadores. Es decir, 6’ x 6’ = 36 pie2 (3,3 m2). Y en la vecindad de las paredes sería: 6’ x 0,33’ = 2 pie2 (0,18 m2). Lógicamente, en la práctica esto sería bien raro que se diera; pero sí es importante recalcar que los rociadores no deben estar a menos de la separación mínima establecida para que no ocurra el “skipping” (en criollo, que algún rociador no se active al momento de un incendio debido a que es humedecido por un rociador vecino).

Ahora, la pregunta que nos hemos planteado en alguna ocasión: ¿si el patrón de descarga de los rociadores es circular, por qué el área de cobertura se calcula como un rectángulo? Otra pregunta frecuente es: ¿Qué relación guarda el diámetro del círculo de la descarga con la separación entre rociadores? ¿El rectángulo es inscrito o circunscrito al círculo? No hay duda que estas preguntas intrigan y han intrigado a más de uno.

Y es que además hay algo que parece que no cuadra. Vamos a ver: un rociador spray colgante o montante puede estar listado para riesgos Ligero, Ordinario y Extra. Pero como hemos visto, el área máxima de cobertura es distinta para cada clase de riesgo. ¿Qué es lo que ocurre? ¿La descarga del rociador se comporta diferente según sea el riesgo protegido?

Y aún hay más: Los ensayos demuestran que a medida que la presión en el rociador aumenta, el patrón de descarga genera un círculo más grande, tal como puede verse en las siguientes figuras.

Figura 2. Figura 3.

Las figuras 2 y 3 corresponden a un ensayo con rociador spray estándar colgante, k = 5,6, realizado en ambiente controlado sin incendio; con el rociador ubicado a 2,40 metros de altura. Los círculos son una “representación idealizada” del área mojada por el rociador (en la realidad no es tan así, mucho menos en escenarios de incendio). Los rectángulos mostrados corresponden a las áreas máximas de cobertura para riesgo Ligero (el grande) y para riesgo Ordinario (el pequeño). Como puede verse, a una presión de 7 psi (presión mínima permitida por NFPA 13), el círculo generado por el rociador cubre sólo el rectángulo pequeño, mientras que a una presión de 70 psi el círculo cubre sobradamente ambos rectángulos.

 

Figura 4.

La figura 4 representa los patrones de descarga de rociador spray estándar colgante, k = 5,6, a diferentes presiones (7 psi, 15 psi y 30 psi), obtenidos en ensayos realizados por el fabricante Tyco en ambiente controlado sin incendio. Aquí también puede verse que el patrón parabólico es más amplio a medida que aumenta la presión, lo que corrobora que el círculo formado en el piso por la descarga de agua desde el rociador es a su vez mayor.

Aquí se presenta otra situación intrigante y contradictoria. Sabemos que la presión en el rociador para alcanzar la densidad de descarga requerida es mayor para un riesgo Ordinario que para un riesgo Ligero. Por otro lado, sabemos que el área máxima de cobertura es menor para un riesgo Ordinario que para un riesgo Ligero. Entonces, ¿por qué si el círculo formado por la descarga es más grande a una presión mayor, el área cubierta es menor? Suena paradójico.

Pero todo esto tiene su explicación. No hay que darle tantas vueltas. Enfocarse en el patrón de descarga del rociador para establecer el área de cobertura es erróneo. Como es erróneo el intento de distribuir los rociadores utilizando el supuesto círculo que forma la descarga de agua, colocando círculos tangentes en dos direcciones y ubicando un rociador en el centro. Porque, como se ha dicho, ¿qué diámetro va a tener el círculo a utilizar?

La clave es la densidad de descarga, que es el volumen de agua por unidad de tiempo que cae sobre una superficie. El objetivo de establecer un área de cobertura máxima es “garantizar” que se obtenga la densidad prescrita en la norma NFPA 13, expresada en gpm/pie2 (lpm/m2), para lograr el control o supresión del incendio, lo cual es la finalidad del sistema de rociadores. Los ensayos han demostrado que la densidad de descarga no es uniforme en toda el área del piso. Es mayor en las zonas más cercanas al rociador y va disminuyendo hacia el borde del patrón de descarga. Esto puede deducirse de la figura 4. Por ello, al establecer una separación y área de cobertura máxima para los rociadores se pretende que las descargas de los rociadores vecinos se solapen para obtener la densidad promedio requerida.

(En este enlace se puede ver un análisis bastante completo del patrón y la densidad descarga de los rociadores, realizado por el Ing. Jussef Liban)

Así que si se quiere realizar un trabajo profesional, hay que olvidarse del “patrón circular” para distribuir los rociadores; lo que hay que tomar en cuenta son las distancias de separación, tanto máximas como mínimas, y el área de cobertura máxima de acuerdo a la clase de riesgo, y en base a esos parámetros elaborar el diseño del sistema.

Espero que lo aquí expuesto ayude a despejar confusiones y sirva para que se puedan realizar proyectos de sistemas de rociadores optimizados y eficientes, fundamentados en los lineamientos de la norma NFPA 13, que a fin de cuentas, es la guía en que nos basamos los que nos dedicamos a esta especialidad de la Ingeniería. Cualquier comentario, observación o consulta, por favor, no dudes en escribirme.

 

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

 

Fuentes:              

  • NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Fourteenth Edition
  • NFPA Fire Protection Handbook, Twentieth Edition
  • El Patrón de descarga de los rociadores, Ing. Jussef Liban; Grupo 3S. Perú
  • Sprinkler Spray Patterns, Tyco®, Johnson Controls

 

Notas:
1. El contenido de este artículo no es una Interpretación Formal de NFPA. Lo aquí expresado es la interpretación personal del autor y no necesariamente representa la posición oficial de las normas NFPA y sus Comités Técnicos. Por otra parte, el lector es libre de estar de acuerdo o no con lo aquí expresado.
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