ESTIMACIÓN DE BOMBA CONTRA INCENDIO PARA ALMACÉN – EJERCICIO

INTRODUCCIÓN

En un anterior artículo se presentó cómo estimar la capacidad de la bomba contra incendio para un sistema de rociadores automáticos y se realizó un ejercicio para una ocupación de riesgo Ordinario grupo 2. En el presente artículo se va a desarrollar un ejercicio para una ocupación de almacenamiento, considerando las alternativas posibles. Además de estimar la capacidad de la bomba se va a determinar el volumen de agua contra incendio que se requeriría para los sistemas de extinción que protegerán la edificación.

En anteriores artículos, que se pueden ver aquí y aquí, se trató el tema de la protección contra incendio de almacenes mediante rociadores. En ellos se indica los elementos y factores que se toman en cuenta al desarrollar el diseño.

En todo caso, en la sección 20.2 de la norma NFPA 13-2019 se establece que la protección de almacenajes debe seguir el siguiente criterio:

  1. Identificar la clase de mercancía almacenada en concordancia con las secciones 3 y 20.4
  2. Identificar el método de almacenamiento en concordancia con la sección 5
  3. Determinar la altura del almacenaje, la altura del edificio y el espacio libre asociado en concordancia con la sección 6
  4. Definir los criterios generales de protección que son comunes a las opciones de protección en concordancia con las secciones 7 hasta 20.15
  5. Seleccionar el apropiado sistema/tecnología de rociador para el criterio de protección (Capítulos 21 hasta el 25)
  6. Diseñar el sistema en concordancia con el resto de la norma

Para este ejercicio, la edificación es una nave, bodega o galpón, destinada específicamente al almacenamiento de mercancías. La altura del techo es de 8,50 metros.

El almacenamiento se realiza en racks metálicos de doble fila utilizando paletas de madera. La altura máxima del almacenamiento es de 7,30 metros. Los pasillos de circulación son de 3 metros de ancho.

Las mercancías almacenadas son mayoritariamente Clase IV, contenidas en cajas de cartón y con embalaje plástico.

ALTERNATIVAS DE PROTECCIÓN

Actualmente, la norma NFPA 13 proporciona tres opciones para la protección de almacenes utilizando rociadores automáticos. Estas son las siguientes:

  1. Con rociadores de Modo Control Densidad/Área, (CMDA)
  2. Con rociadores de Modo Control Aplicación Específica (CMSA)
  3. Con rociadores de Modo Supresión (ESFR)

Los rociadores CMDA y los rociadores CMSA están diseñados para controlar el incendio y limitar su propagación. El rociador ESFR está diseñado para extinguir el incendio.

ROCIADORES CMDA

Los rociadores CMDA son la tecnología más antigua utilizada para proteger almacenes. El desempeño de estos rociadores se caracteriza por el hecho de que los primeros rociadores que se activan controlan y limitan el fuego. Mediante una combinación de pre-humedecimiento de los combustibles que rodean el área de fuego inicial y enfriamiento a nivel del techo, el fuego se contiene en un área relativamente pequeña hasta que se extingue manualmente o solo.

En los almacenamientos en racks se crean inherentemente obstrucciones a la elevación del calor de un incendio y a la descarga de agua de los rociadores en techo. Como resultado, un incendio puede sobrepasar el sistema de rociadores en techo, por lo que sería necesario instalar adicionalmente rociadores entre los racks para poder controlarlo.

Los rociadores entre-racks funcionan para contener el incendio en un área pequeña y localizada. Una vez activados, descargan agua sobre o cerca de la fuente del fuego, sin el retraso asociado con los rociadores en el techo; también humedecen el área cercana, reduciendo la propagación horizontal y vertical. El uso de rociadores entre-racks también reduce la demanda de agua en el sistema de rociadores en techo y utiliza el suministro de agua de manera más eficiente, minimizando además el potencial daño por agua a las existencias.

ROCIADORES CMSA

Los rociadores CMSA son de modo control cuyas características de desempeño se han mejorado mediante el uso de diseños de orificio/deflector que producen gotas de agua más grandes que penetran mejor en un penacho de fuego (el primer rociador CMSA fue el rociador de gota grande [large drop], con un factor K de 11,2). El criterio de descarga para este tipo de rociadores se especifica como una cantidad de rociadores que funcionan a una presión mínima en vez de una densidad mínima y un área de diseño (como es el caso de los rociadores CMDA). En ciertas configuraciones de almacenamiento en racks se pueden requerir rociadores entre-racks.

ROCIADORES ESFR

Los rociadores ESFR presentan sus propias fortalezas y limitaciones. La premisa fundamental de la protección con rociadores de modo supresión es que un rociador sensible, capaz de producir una descarga optimizada de alto volumen y alto momentum puede suprimir un incendio en una ocupación de almacenamiento. La principal ventaja de los rociadores de modo supresión es su capacidad de proteger muchos arreglos de almacenamiento en racks sin la necesidad de rociadores entre-racks.

Los rociadores ESFR tienen sus propias reglas de instalación bastante complejas y sensibles, que en ocasiones hacen imposible su utilización; son muy afectados por las obstrucciones.

SUMINISTRO DE AGUA

La norma NFPA 13-2019 establece que la capacidad del suministro de agua debe ser capaz de proveer el caudal y la presión requeridos por el área de diseño, determinados usando los requerimientos y procedimientos especificados en los capítulos 19 al 26, incluyendo la concesión para chorros de mangueras donde sea aplicable, por el tiempo estipulado (duración requerida).

Aquí aparece un elemento que genera mucha confusión: la concesión para chorros de mangueras. En este artículo se trata de explicar ese tema.

El caso es que al caudal requerido para rociadores se debe agregar la concesión para chorros de manguera, lo cual se establece en la sección 20.12 de NFPA 13-2019, y se muestra en la tabla 20.12.2.6, según la mercancía y la tecnología de rociadores.

Cabe aclarar que la concesión para chorros de manguera se incluye sólo si existen las conexiones, internas y/o externas, y éstas son alimentadas desde la bomba que se está dimensionando.

OPCIÓN 1: PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMDA

Los criterios de diseño para los rociadores CMDA están proporcionados en el capítulo 21 de la norma NFPA 13-2019. Los criterios de diseño para cuando son necesarios rociadores entre-racks se proporcionan en el capítulo 25.

Para este ejercicio aplica el parágrafo 21.4.1. En la tabla 21.4.1.2 se indica que para la clase de mercancías y la altura de almacenamiento se requiere rociadores entre-racks y refiere al capítulo 25.

Del capítulo 25 aplica específicamente la sección 25.2.3. En la tabla 25.2.3.2.1, se señala que se requiere un nivel de rociadores entre-racks y que aplican las curvas A y B de la figura 25.2.3.2.3.1(g).

Para determinar la descarga de los rociadores en techo se puede aplicar la curva A, según la cual, para un área de diseño de 2.000 pie2 corresponde una densidad de descarga de 0,39 gpm/pie2. Al requerirse una densidad mayor a 0,34 gpm/pie2, se debe utilizar rociadores con un K = 11,2 o mayor (parágrafo 21.1.4 de NFPA 13-2019).

Los criterios de diseño para rociadores entre-racks están en la sección 25.12 de NFPA 13-2019. En la tabla 25.12.2.1 se indica la cantidad de rociadores a incluir en el diseño y en la  tabla 25.12.3.1 se indica la presión de diseño mínima o el caudal de diseño mínimo para los rociadores.

Para este ejercicio se deben incluir 8 rociadores entre-racks con una presión de diseño mínima de 15 psi.

  • Caudal mínimo requerido por rociadores en techo:

Qrt = Dd x Ad  =  0,39 gpm/pie2 x 2.000 pie2 = 780 gpm

  • Caudal mínimo requerido por rociadores entre-racks:

Asumiendo rociadores con K = 5,6;

Qrr = Nr x K x (P)0,5  = 8 x 5,6 x (15)0,5 = 173,51 gpm

  • Caudal total requerido por rociadores:

Qtr = 780 + 173,51 = 953,51 gpm

  • Caudal total ajustado para rociadores:

Asumiendo que se diseñará un sistema de rociadores tipo “parrilla”, se ajusta el caudal para considerar las pérdidas por fricción y el balanceo entre las demandas de rociadores en techo y rociadores entre-racks;

Qtra = 1,2 x 953,51 = 1.144 gpm

Como se ha indicado anteriormente, al caudal de rociadores se debe agregar la concesión para chorros de manguera. En la tabla 20.12.2.6 de NFPA 13-2019 se indica que para un área de diseño de 2.000 pie2 se requiere un caudal total de 500 gpm.

De nuevo, este caudal se suma si existen tanto conexiones internas como externas y son suministradas por la bomba. Para este ejercicio, se asumirá que sólo se tendrán conexiones internas, por lo tanto se sumarán 100 gpm.

  • Caudal total requerido:

Qt = 1.144 + 100 = 1.244 gpm

OPCIÓN 2: PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMSA

Los criterios de diseño para los rociadores CMSA están proporcionados en el capítulo 22 de la norma NFPA 13-2019. Para este ejercicio aplica la sección 22.4. En la tabla 22.4 se indican cuatro (4) posibilidades de diseño para la clase de mercancías, la altura de almacenamiento y la altura del techo. Dependiendo del factor K del rociador, se establece cuántos rociadores deben ser calculados y su presión mínima de operación.

Se descarta la utilización de rociadores K = 11,2 ya que se requeriría rociadores entre-racks. Seleccionando cualquiera de los demás rociadores se obtendrá prácticamente el mismo caudal. Asumiendo que por las características del techo los rociadores deben ser montantes, se selecciona rociador con factor K = 16,8; se requiere calcular 15 rociadores a una presión de operación mínima de 22 psi.

  • Caudal mínimo requerido por rociadores:

Qr = Nr x K x (P)0,5  = 15 x 16,8 x (22)0,5 = 1.181,98 gpm

  • Caudal ajustado para rociadores:

Asumiendo que se diseñará un sistema de rociadores tipo “parrilla”, se ajusta el caudal para considerar las pérdidas por fricción;

Qra = 1,15 x 1.181,98 = 1.359 gpm

Como se ha indicado antes, al caudal de rociadores se debe agregar 100 gpm como concesión para chorros de manguera.

  • Caudal total requerido:

Qt = 1.359 + 100 = 1.459 gpm

OPCIÓN 3: PROTECCIÓN CON ROCIADORES ESFR

Los criterios de diseño para los rociadores ESFR están proporcionados en el capítulo 23 de la norma NFPA 13-2019. Para este ejercicio aplica la sección 23.5. En la tabla 23.5.1 se indican cuatro (4) posibilidades de diseño para la clase de mercancías, la altura de almacenamiento y la altura del techo. Dependiendo del factor K del rociador, se establece la presión mínima de operación de los rociadores que se deben calcular.

Cualquiera que sea el rociador seleccionado se obtendrá prácticamente el mismo caudal (aproximadamente 100 gpm/rociador). Asumiendo que por las características del techo los rociadores deben ser montantes y que se quiere que la presión total requerida no sea muy alta, se selecciona el rociador con factor K = 16,8, que requiere una presión de operación mínima de 35 psi.

Con rociadores tipo ESFR, el área de diseño se conforma con 12 rociadores.

  • Caudal mínimo requerido por rociadores:

Qr = Nr x K x (P)0,5  = 12 x 16,8 x (35)0,5 = 1.192,68 gpm

  • Caudal ajustado para rociadores:

Asumiendo que se diseñará un sistema de rociadores tipo “parrilla”, se ajusta el caudal para considerar las pérdidas por fricción;

Qra = 1,15 x 1.192,68 = 1.372 gpm

Como se ha indicado antes, al caudal de rociadores se debe agregar 100 gpm como concesión para chorros de manguera.

  • Caudal total requerido:

Qt = 1.372+ 100 = 1.472 gpm

RESERVA DE AGUA

Aunado a la demanda del sistema de rociadores está el volumen de agua que se debe reservar para incendios. La reserva de agua se determina según la duración del suministro de agua indicado en la tabla 20.12.2.6 de NFPA 13-2019.

OPCIÓN 1: PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMDA

  • Duración del suministro: 120 minutos
  • Volumen de agua requerido:

V.A. = 1.244 gpm x 120 min. = 149.280 galones = 565.025 litros

 

OPCIÓN 2: PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMSA

  • Duración del suministro: 90 minutos
  • Volumen de agua requerido:

V.A. = 1.459 gpm x 90 min. = 131.310 galones = 497.008 litros

 

OPCIÓN 3: PROTECCIÓN CON ROCIADORES ESFR

  • Duración del suministro: 60 minutos
  • Volumen de agua requerido:

V.A. = 1.472 gpm x 60 min. = 88.320 galones = 334.291 litros

RESUMEN

De acuerdo a los cálculos realizados, se tienen las siguientes alternativas:

Opción Demanda del sistema [gpm] Volumen de agua [litros]
1: DISEÑANDO CON ROCIADORES CMDA 1.244 565.025
2: DISEÑANDO CON ROCIADORES CMSA 1.459 497.008
3: DISEÑANDO CON ROCIADORES ESFR 1.472 334.291

 

Como puede verse, la opción menos demandante es utilizando rociadores tipo CMDA; pero es la opción que requiere un mayor volumen de reserva de agua. Las opciones con rociadores tipo CMSA y ESFR presentan prácticamente la misma demanda; la diferencia es que la opción con rociadores ESFR requiere menos volumen de reserva de agua.

SELECCIÓN DE LA BOMBA CONTRA INCENDIO

Un factor que se puede tomar en cuenta cuando se selecciona una bomba contra incendio es que la norma NFPA 20 permite que la misma sea exigida hasta el 150% de su capacidad nominal, siempre y cuando la presión satisfaga el requerimiento del sistema.

En el presente ejercicio, puede afirmarse que una bomba de 1.000 gpm, la cual puede suministrar hasta 1.500 gpm, podría seleccionarse para la opción con rociadores tipo CMDA, pero no para las otras 2 opciones ya que habría muy poco margen entre el punto de operación y el caudal límite. Por tanto, para las opciones de utilizar rociadores tipo CMSA o ESFR, lo sensato sería seleccionar una bomba con capacidad nominal de 1.250 gpm, la cual puede suministrar hasta 1.875 gpm.

En conclusión, si se utilizan rociadores tipo CMDA la bomba contra incendio podría ser de 1.000 gpm; los aspectos que se podrían considerar negativos es que se requieren rociadores entre-racks y que el volumen de reserva de agua es considerable. Si se utilizan rociadores tipo CMSA o ESFR la bomba contra incendio podría ser de 1.250 gpm. La selección final puede depender de factores tales como el costo total del sistema, la factibilidad de utilizar una u otra tecnología de rociadores, el espacio para el reservorio de agua y el volumen de agua a reservar, entre otros.

 

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

 

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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