CURVAS DENSIDAD/ÁREA. SISTEMAS DE ROCIADORES

INTRODUCCIÓN

El uso del agua como medio de supresión o control de incendios ha demostrado ser confiable, efectivo y económico. Y la historia ha evidenciado que el desempeño de los rociadores automáticos ha sido excepcional, tanto que los mismos son un componente importante de la estrategia moderna de protección contra incendios.

Actualmente, la norma para diseño e instalación de los sistemas de rociadores automáticos más ampliamente utilizada y aceptada es la NFPA 13, “Standard for the Installation of Sprinkler Systems”; en la misma se establecen los criterios y requerimientos para los diseños y cálculos. Para los sistemas de rociadores pulverizadores estándar, la base del diseño y determinación del suministro de agua son las curvas de densidad/área, las cuales pueden considerarse como el reflejo de la experiencia histórica con el concepto de “control de incendios”.

Las curvas de densidad/área describen gráficamente múltiples puntos de diseño para cada clase de riesgo de ocupación (Ligero, Ordinario grupos 1 y 2, y Extra grupos 1 y 2); a cada punto de la curva corresponde un área donde se presume que operarán los rociadores y que descargarán un determinado volumen de agua que permitirá controlar el incendio. Esto es el punto de partida para determinar el requerimiento de caudal y presión del sistema de rociadores.

ANTECEDENTES

La primera edición de la norma NFPA 13, publicada en 1896 (titulada Rules and Regulations of the National Board of Fire Underwriters for Sprinkler Equipments, Automatic and Open Systems), contenía simplemente tablas de tuberías (pipe schedules) que asignaban el número máximo de rociadores que podían alimentarse a través de cada diámetro de tubería. Combinado con una presión de suministro mínima de 25 psi (1,7 bar) en la línea más alta de rociadores, se esperaba que el arreglo de tuberías suministrara agua adecuadamente al menos a 15 rociadores.

En el transcurso de los años, los sistemas de rociadores automáticos diseñados mediante la metodología “pipe schedule” demostraron ser efectivos para controlar los incendios, es decir, presentaron un buen record de desempeño.

La norma NFPA 13 abordó por primera vez los cálculos hidráulicos para sistemas de rociadores en su edición de 1955, pero su aplicación se limitó esencialmente a los sistemas tipo diluvio y de agua pulverizada; hasta la inclusión de los criterios de densidad/área en la edición de 1972, donde se presentaron las curvas densidad/área a utilizarse para el diseño de sistemas hidráulicamente calculados, proporcionando a los diseñadores un rango de densidades de descarga y áreas de aplicación (ver figura 1).

Fig. 1: Curvas Densidad/Área de NFPA 13 – 1972

 

Estas curvas se basaron en estudios realizados a una amplia variedad de arreglos de sistemas “pipe schedule”, donde fueron evaluados para determinar las características de densidad de descarga sobre el área de operación de los rociadores.

Para la edición del año 1974 de la norma NFPA 13, las curvas densidad/área fueron analizadas, revisadas y modificadas significativamente, y fueron publicadas como se muestra en la figura 2.

Fig. 2: Curvas Densidad/Área de NFPA 13 – 1974

 

Las curvas densidad/área para riesgos Ordinarios aparecen desplazadas hacia la izquierda, con respecto a la edición de 1972, reduciendo ligeramente los requerimientos de densidad para cualquier área de operación. La curva para riesgo Ligero en la edición de 1974 se redujo desde un área de operación de 5.000 pie2 (465 m2), con una densidad de 0,075 GPM/pie2 (3 mm/min), hasta un área de operación de 4.000 pie2 (372 m2) con una densidad requerida de 0,05 GPM/pie2 (2 mm/min).

Las curvas densidad/área se mantuvieron sin cambios hasta la edición de 1991 de NFPA 13, con una excepción. En 1978, se añadieron las curvas para los Riesgos Extra grupos 1 y 2 en el Apéndice, como una orientación para ocupaciones que involucran una amplia gama de variables que podrían producir incendios severos.

ACTUALIDAD

Para la edición de 1991 de NFPA 13, se institucionalizaron un número de cambios que afectaron todas las curvas densidad/área. Estas son las curvas que actualmente se encuentra en la norma (ver figura 3). Ya no aparece una curva para riesgo Ordinario grupo 3, sino que se combinaron las curvas para riesgo Ordinario grupo 2 y grupo 3 de las anteriores ediciones resultando una curva para riesgo Ordinario grupo 2 revisada, con un punto de diseño de 0,2 gpm/pie2 (8,1 mm/min) sobre 1.500 pie2 (139 m2). Además, las curvas ya no son arcos, sino que todas están representadas como relaciones lineales.

Fig. 3: Curvas Densidad/Área de NFPA 13 – 1991

 

Otros cambios apreciables son: se redujo el área de operación para riesgo Ligero desde 4.000 pie2 hasta 3.000 pie2. Para riesgo Ordinario se redujo el área de operación desde 5.000 pie2 hasta 4.000 pie2, y para el Grupo 1 se movió la densidad de diseño hasta 0,15 gpm/pie2 (6,1 mm/min) sobre 1.500 pie2.

Fig. 4: Comparación de Curvas Densidad/Área de NFPA 13 antes y después de 1991

 

APLICACIÓN

Las curvas de densidad/área proporcionan cierta flexibilidad en el dimensionamiento de las tuberías de los sistemas de rociadores. Bajo las provisiones de la NFPA 13, el cumplimiento de cualquier punto en la curva apropiada es aceptable. Esto permite el uso de densidades más altas sobre áreas más pequeñas o densidades más bajas sobre áreas más grandes. Las densidades más altas generalmente darán como resultado tuberías ramales más grandes, pero tuberías principales de menor tamaño y menores requerimientos generales de suministro de agua. Por esta razón, en los diseños a menudo se selecciona un punto de alta densidad y área pequeña como el más económico.

Veamos un ejemplo. Supongamos una ocupación de riesgo Ordinario grupo 2.

Caso 1:

Área de diseño (Ad) = 1.500 pie2
Densidad de descarga (Dd) = 0,2 GPM/pie2
Caudal = Dd x Ad = 0,2 x 1.500 = 300 GPM

Asumiendo un área de cobertura por rociador de 130 pie2, se requieren 12 rociadores.

Caso 2:

Área de diseño (Ad) = 4.000 pie2
Densidad de descarga (Dd) = 0,15 GPM/pie2
Caudal = Dd x Ad = 0,15 x 4.000 = 600 GPM

Asumiendo un área de cobertura por rociador de 130 pie2, se requieren 31 rociadores.

Teóricamente, si ocurriera un incendio y la densidad de descarga fuera 0,2 GPM/pie2, operarían 12 rociadores en un área de 1.500 pie2 descargando 300 GPM para controlarlo, a razón de 25 GPM/rociador. Si la densidad de descarga fuera 0,15 GPM/pie2, operarían 31 rociadores en un área de 4.000 pie2 descargando 600 GPM, a razón de 19,35 GPM/rociador.

Como puede observarse, en el primer caso bastaría con una bomba de caudal nominal 250 gpm, mientras que para el segundo caso se requeriría una bomba de caudal nominal 500 gpm. Según NFPA 20, tanto la tubería de succión como la de descarga de la bomba son de mayor diámetro para la de 500 gpm, por lo que se puede inferir claramente que con un área de diseño menor el sistema resulta más económico.

El uso de rociadores automáticos para proteger a las personas y las propiedades de las consecuencias de incendios ha soportado la prueba del tiempo. La revisión de los datos de incendios muestra que los rociadores funcionan con un desempeño sobresaliente cuando están diseñados e instalados de acuerdo con NFPA 13, lo que parece indicar que el criterio de las curvas de densidad/área es adecuado.

 

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

 

Fuentes:  NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Thirteenth Edition
NFPA Fire Protection Handbook, Twentieth Edition
                Fire Protection Engineering Magazine, 2Q – 2012.

 

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.
2. Todas las imágenes y marcas comerciales que se publican en este Blog son marcas registradas por sus propietarios, y se utilizan sólo con fines didácticos.

 

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