PROTECCIÓN DE ALMACENES CON ROCIADORES – II

INTRODUCCIÓN

En el artículo anterior se expusieron, de manera general, aspectos concernientes a la protección contra incendio mediante sistemas de rociadores automáticos en ocupaciones de almacenamiento, considerando sobre todo el enfoque de la NFPA. En este artículo se proponen ejemplos básicos de los procedimientos acerca de cómo calcular y determinar la demanda de agua de los sistemas de rociadores.

PRIMERO Y PRINCIPAL…

Como se indicó en el post anterior, inicialmente, cuándo se requiere diseñar un sistema de rociadores para un almacén, es necesario responder las siguientes tres preguntas:

  1. ¿Qué se almacena?
  2. ¿Cómo se almacena?
  3. ¿Hasta qué altura se almacenan las mercancías (commodities)?


La primera cuestión se refiere a la clasificación adecuada de las mercancías almacenadas. La norma NFPA 13-2016, en su Capítulo 5, sección 5.6, proporciona un conjunto de criterios y directrices para establecer esa clasificación, en función de los materiales incluidos en las unidades de almacenamiento (carga que incluye la paleta, la mercancía, el contenedor y el material de embalaje). El desarrollo de un incendio en un área de almacenamiento depende del material, la facilidad de ignición, la tasa de propagación de la llama y la tasa de liberación de calor. Una pieza de metal almacenada sobre una paleta de madera presenta una baja amenaza de incendio; sin embargo, si la misma pieza se empaca dentro de una caja de cartón multi-capa, con material de embalaje de espuma de poliestireno expandido, el peligro de incendio aumenta considerablemente.

Para efectos de diseño y cálculos, las mercancías pueden catalogarse como: Clase I, Clase II, Clase III o Clase IV; o como Plásticos Grupo A. Bajo la designación de Plásticos Grupo A se tienen cuatro distintas clasificaciones: plástico no-expandido en cajas de cartón; plástico no-expandido expuesto; plástico expandido en cajas de cartón y plástico expandido expuesto.

(Este artículo trata sobre la clasificación de mercancías)

Otros tipos de mercancías cubiertas en NFPA 13 son: papel en rollos, neumáticos de caucho, algodón embalado y paletas de carga vacías.

Diferentes clases de mercancías requieren diferente protección.

La segunda cuestión se refiere a cuál es la configuración del almacenamiento. Es decir, si el almacenamiento es sobre paletas, en pilas sólidas, con cajas contenedoras, en estanterías o en racks. La disposición de las mercancías almacenadas afecta el potencial de propagación del fuego. Cada arreglo de almacenamiento trae consigo desafíos propios para la protección contra incendios. La principal diferencia entre los arreglos de almacenamiento es la superficie expuesta de las mercancías. A medida que aumenta el área expuesta, la velocidad a la que se desarrolla el fuego aumenta.

En las áreas de almacenamiento se requieren pasillos para permitir el acceso mediante equipos de manejo de materiales. Para un máximo aprovechamiento del almacén, estos pasillos son normalmente lo más angostos posible y espaciados lo más lejos posible. Desde el punto de vista de la seguridad contra incendios, se prefieren pasillos amplios espaciados a intervalos cortos, dado que ellos permiten un mejor acceso a las áreas para operaciones manuales de supresión de incendios y actúan como cortafuegos entre pilas o estanterías de almacenamiento, lo que disminuye la probabilidad de propagación del fuego debido al calor radiante o al colapso de las pilas.

Diferentes configuraciones de almacenamiento requieren diferente protección.

La tercera cuestión se refiere a conocer la altura hasta la cual se almacenan las mercancías y el espacio libre desde el tope de éstas hasta el deflector de los rociadores en el techo.

En general, mientras más alta sea la pila de almacenamiento, mayor será el desafío de control del fuego. Un almacenamiento más alto significa más superficie expuesta a quemarse y una mayor cantidad de combustible disponible. La velocidad de liberación de calor también será mayor a medida que aumente la altura del almacenamiento.

El espacio libre entre el tope de las mercancías y el deflector de los rociadores en techo es un aspecto de vital importancia ya que impacta el tiempo de activación, el desarrollo del patrón de la descarga de agua y la posibilidad de que las gotas lleguen hasta el combustible incendiado.

Los productos almacenados a una altura de 3,7 metros (12’) o menos se pueden proteger utilizando los criterios de ocupación para riesgos Ordinarios y Extras (capítulo 13 de NFPA 13-2016). Una vez que el almacenamiento excede los 3,7 metros (12’) de altura, las opciones de protección son diferentes (capítulos 14 al 20 de NFPA 13-2016).

CRITERIOS DE DISEÑO

Básicamente, la protección por rociadores automáticos de las ocupaciones de almacenamiento puede realizarse mediante tres enfoques básicos: modo control densidad/área (CMDA), modo control aplicación específica (CMSA) y modo supresión (ESFR). Cada enfoque está asociado con diferentes tipos de rociadores, tamaños y disposiciones de instalación, proporcionando alternativas posibles para el diseño del sistema de rociadores para la mayoría de las situaciones de almacenamiento. No existe un único «mejor» método para proteger una configuración de almacenamiento determinada, ya que cada diseño debe tomar en cuenta, entre otros factores, los objetivos de la protección, la altura y las características constructivas de la edificación, el desarrollo de las operaciones en el almacén, el suministro de agua y el costo total de la instalación.

EJEMPLOS

  • Ejemplo 1: Mercancía Clase II almacenada de forma paletizada, no encapsulada; hasta una altura de 5,50 metros (18’); la altura del techo es de 7,60 metros (25’).

En este caso aplica el Capítulo 14, Sección 14.2.4, de la NFPA 13-2016.

Opción 1-1: CMDA

Si la protección es mediante rociadores spray, se tienen dos alternativas para seleccionar el área de diseño y la densidad de descarga, según sea la temperatura de activación de los rociadores (ordinaria, intermedia o alta). Se utilizan las siguientes figuras:

Si los rociadores son de temperatura ordinaria o intermedia aplican las curvas de la figura 14.2.4.1: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,232 gpm/pie2. Si los rociadores son de temperatura alta aplican las curvas de la figura 14.2.4.2: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,172 gpm/pie2.

Si el factor K de los rociadores es igual o mayor a 11,2 se pueden utilizar las curvas de la figura 14.2.4.2 sin consideración de la calificación de temperatura.

Las curvas de las figuras arriba indicadas se desarrollaron para una altura de almacenamiento de 6,1 metros (20’). Dado que la altura del almacenamiento en el ejemplo es menor a 6,1 metros (20’), se debe aplicar un factor de corrección de la densidad, en base a la gráfica mostrada en la siguiente figura:

En este ejemplo corresponde un factor de corrección de 86%. Es decir, la densidad de descarga obtenida de las curvas se multiplica por 0,86 y el resultado es la densidad a utilizar en los cálculos (siempre y cuando sea mayor o igual a 0,15 gpm/pie2, si no se utiliza éste valor). Una vez que se tiene la densidad a aplicar, se multiplica por el área de diseño y se determina la demanda de agua del sistema. Si se trata de un sistema de rociadores de tubería seca, el área de diseño se debe incrementar un 30%, sin modificación de la densidad.

En este ejemplo, para rociadores de temperatura ordinaria o intermedia, la densidad resultante sería: 0,232 x 0,86 = 0,2 gpm/pie2; para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,2 x 2000 = 400 gpm. Para rociadores de temperatura alta, la densidad resultante sería: 0,172 x 0,86 = 0,148 gpm/pie2 (se debe utilizar 0,15 gpm/pie2); para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,15 x 2000 = 300 gpm.

Opción 2-1: CMSA

Si la protección es mediante rociadores CMSA, se aplica la siguiente tabla:

Puede verse que se tienen 5 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores y si se trata de un sistema de rociadores de tubería mojada o seca. Para cada alternativa se especifica una cantidad de rociadores en el área de diseño y una presión mínima de operación de los rociadores. Con estos datos se puede calcular el caudal mínimo por cada rociador y estimar la demanda de agua del sistema.

En este ejemplo, para un sistema de rociadores de tubería mojada, con rociadores K = 16,8, el área de diseño debe contener 15 rociadores, con una presión mínima de operación igual a 10 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 16,8 x (10)0,5 = 53,13 gpm; es decir, que para 15 rociadores corresponde una demanda de: 15 x 53,13 = 797 gpm.

Opción 3-1: ESFR

Si la protección es mediante rociadores ESFR, se aplica la siguiente tabla:

Para esta opción se tienen 4 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores. Para cada alternativa se especifica una presión mínima de operación de los rociadores. El área de diseño se configura con los 12 rociadores hidráulicamente más remotos, con 4 rociadores por ramal. Con estos datos se puede calcular el caudal mínimo por cada rociador y estimar la demanda de agua del sistema.

En este ejemplo, con rociadores K = 16,8, la presión mínima de operación de rociadores debe ser igual a 35 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 16,8 x (35)0,5 = 99,39 gpm; es decir, que para 12 rociadores corresponde una demanda de: 12 x 99,39 = 1193 gpm.

  • Ejemplo 2: Mercancía Clase IV almacenada en racks dobles abiertos, con pasillos de 2,4 metros; no encapsulada; hasta una altura de 4,90 metros (16’); altura del techo es de 9,15 metros (30’).

En este caso aplica el Capítulo 16, Sección 16.2, de la NFPA 13-2016.

Opción 1-2: CMDA

Si la protección es mediante rociadores spray, se aplica la siguiente tabla para conocer cuál curva densidad/área seleccionar.

En la figura indicada en la tabla se presentan las dos alternativas para seleccionar el área de diseño y la correspondiente densidad de descarga, según sea la temperatura de activación de los rociadores (ordinaria, intermedia o alta).

Si los rociadores son de temperatura ordinaria o intermedia aplica la curva F: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,57 gpm/pie2. Si los rociadores son de temperatura alta aplica la curva E: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,495 gpm/pie2.

Si el factor K de los rociadores utilizados es igual o mayor a 11,2 se puede aplicar la curva E de la gráfica sin consideración de la calificación de temperatura.

Como se ha dicho antes, si la altura de almacenamiento es mayor o menor de 6,1 metros (20’), se debe aplicar un factor de corrección a la densidad de descarga, en base a la gráfica mostrada en la siguiente figura:

En este ejemplo corresponde un factor de corrección de 65%. Es decir, la densidad de descarga obtenida de las curvas se multiplica por 0,65 y el resultado es la densidad a utilizar en los cálculos. Una vez que se tiene la densidad a aplicar, se multiplica por el área de diseño y se determina la demanda de agua del sistema.

En este ejemplo, si aplica la curva F, la densidad resultante sería: 0,57 x 0,65 = 0,371 gpm/pie2; para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,371 x 2000 = 742 gpm. Si aplica la curva E, la densidad resultante sería: 0,495 x 0,65 = 0,322 gpm/pie2; para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,322 x 2000 = 644 gpm.

Opción 2-2: CMSA

Si la protección es mediante rociadores CMSA, se aplica la siguiente tabla:

Como puede verse, se tienen 3 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores. Para cada alternativa se especifica una cantidad de rociadores en el área de diseño y una presión mínima de operación de los rociadores.

En este ejemplo, para un sistema con rociadores K = 19,6, el área de diseño debe contener 15 rociadores, con una presión mínima de operación igual a 16 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 19,6 x (16)0,5 = 78,4 gpm; es decir, que para 15 rociadores corresponde una demanda de: 15 x 78,4 = 1176 gpm.

Opción 3-2: ESFR

Si la protección es mediante rociadores ESFR, se aplica la siguiente tabla:

Para esta opción se tienen 4 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores y para cada alternativa se especifica una presión mínima de operación de los rociadores. El área de diseño se configura con los 12 rociadores hidráulicamente más remotos, con 4 rociadores por ramal.

En este ejemplo, con rociadores K = 22,4, la presión mínima de operación de los rociadores debe ser igual a 25 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 22,4 x (25)0,5 = 112 gpm; es decir, que para 12 rociadores corresponde una demanda de: 12 x 112 = 1344 gpm.

Mediante estos ejemplos se pretende ilustrar, de manera general, algunos pasos a seguir durante el proceso de diseñar un sistema de protección por rociadores automáticos para ocupaciones de almacenamiento, específicamente para estimar la demanda de agua, tarea que no es tan sencilla como pudiera parecer. La demanda estimada se debe incrementar un 10-30%, dependiendo del tipo de sistema y la configuración de las tuberías, para determinar el caudal del suministro de agua. Si existen conexiones de manguera, se debe agregar 500 gpm para rociadores CMDA y CMSA, y 250 gpm para rociadores ESFR; 100 gpm para las conexiones internas y el resto para las conexiones externas (si existen). La presión de suministro se determina mediante los cálculos hidráulicos.

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

Fuentes: NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Thirteenth Edition.
               NFPA Fire Protection Handbook, Twentieth Edition.
              Sprinkler Age magazine, March/April 2016: “How to Determine Commodity Classification: It’s not as Easy as You Think”.
               Fire Protection Contractor/FPC Magazine, January 2015: “Control-Mode Density/Area Protection of Storage of Class I through Class IV Commodities in NFPA 13”.
               Philip M. Gunning: “High-Pile Storage per NFPA 13”.
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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