PROTECCIÓN DE ALMACENES CON ROCIADORES CMDA

INTRODUCCIÓN

En un artículo anterior se describió y comentó de manera general el abordaje de la protección contra incendios mediante rociadores automáticos para las ocupaciones de almacenamiento en la norma NFPA 13. Dicho escrito estuvo basado en la edición del año 2016 de la mencionada norma.

En la edición del año 2019 a la norma NFPA 13 se le realizaron cambios significativos en su organización y reacomodos en los capítulos que la conforman, por lo que actualmente presenta una configuración totalmente nueva, con muchas diferencias respecto a ediciones anteriores. Entre los cambios más notorios están que los tipos de rociadores se separaron y ubicaron en diferentes capítulos, y que los capítulos inherentes a almacenamiento fueron reenumerados y reorganizados hasta cierto punto. En este sentido, el capítulo 12 pasó a ser el capítulo 20; la clasificación de mercancías se mudó del capítulo 5 al 20 y el almacenamiento misceláneo y pilas bajas pasó del capítulo 13 al capítulo 4.

CAPÍTULOS SOBRE ALMACENAMIENTO EN NFPA 13

En las ediciones anteriores, los capítulos estaban ordenados de acuerdo a la configuración del almacenamiento; ahora están organizados de acuerdo a la tecnología de rociadores. Por ejemplo, el capítulo 14 de la edición 2016 abarcaba la protección de mercancías Clase I a Clase IV almacenadas sobre paletas, en pilas sólidas, en cajas contenedoras, en anaqueles (shelves) o en anaqueles contrapuestos (back-to-back shelves), y en el cuerpo del capítulo se establecían los criterios de protección ya sea que se utilizara rociadores CMDA, CMSA o ESFR. Actualmente, para cada uno de esos tipos de rociadores existe un capítulo.

En el capítulo 21 se abordan los rociadores CMDA; en el capítulo 22 se abordan los rociadores CMSA y en el capítulo 23 se abordan los rociadores ESFR. En el capítulo 25 se aborda de manera separada lo concerniente a la instalación de rociadores entre estanterías (in-rakcs), tema que antes estaba mezclado en otros capítulos. Los almacenamientos de neumáticos de caucho y de rollos de papel, que antes estaban en capítulos separados, ahora están incluidos en los capítulos de cada tipo de rociadores.

En el Capítulo 20 se establecen las reglas y requerimientos generales que aplican a las tres tecnologías de rociadores y las diferentes configuraciones de almacenamiento. Ese capítulo es el punto de partida para el diseño del sistema de rociadores, luego, el resto de los criterios de diseño y los lineamientos concernientes se obtienen del capítulo correspondiente según el tipo de rociadores a utilizar.

GENERALIDADES ACERCA DE ROCIADORES CMDA

Un rociador CMDA (Control Mode Density/Area) es un tipo de rociador pulverizador previsto para proveer control de incendios en aplicaciones de almacenamiento utilizando los criterios de densidad/área (definición dada por NFPA 13).

DESARROLLO DE ROCIADORES CMDA

Hasta 1953 sólo existía un tipo de rociador, el que actualmente se conoce como rociador convencional (también llamado rociador “estilo antiguo”). Ese año apareció el rociador de pulverización (spray sprinkler). Debido a sus características y ventajas, en 1955 el rociador spray se convirtió en el rociador «estándar» referenciado por la NFPA, limitando al rociador convencional a usos y aplicaciones particulares.

El rociador spray descarga el 100% de su agua hacia el piso en un patrón en forma de paraguas; contrario al rociador convencional, que descarga una parte del agua (entre 40% y 60%) hacia el techo. Su deflector está diseñado para producir gotas de agua en tres tamaños: gotas pequeñas que absorben el calor y ayudan a mantener baja la temperatura en el techo; gotas medianas que atraviesan el penacho de fuego y mojan los combustibles adyacentes y gotas más grandes que logran llegar a los combustibles incendiados para controlar o suprimir (en algunos casos) el fuego.

El término CMDA es utilizado cuando se aborda la protección de almacenes. Los rociadores pulverizadores que se emplean de acuerdo con las curvas de densidad/área en ocupaciones comunes (comercios, industrias, oficinas y otras) también podrían considerarse rociadores CMDA; sin embargo, generalmente no se utiliza ese término en esos casos.

ÁREA DE COBERTURA PARA ROCIADORES CMDA

Los rociadores CMDA están diseñados para instalarse a las distancias y con áreas de cobertura máximas permitidas por NFPA 13, como puede apreciarse en la siguiente tabla:

Nótese que si se quiere obtener un arreglo cuadriculado, para cumplir con el área máxima nunca se pueden separar los rociadores la distancia máxima.

FACTOR K Y CLASES DE ROCIADORES CMDA

La categoría de rociadores CMDA incluye factores K que van desde 5,6 hasta 25,2; y pueden ser de cuatro clases:

a) cobertura normal, respuesta normal;

b) cobertura normal, respuesta rápida;

c) cobertura extendida, respuesta normal y

d) cobertura extendida, respuesta rápida.

Los rociadores de respuesta rápida son idénticos a los de respuesta normal, excepto por el mecanismo de activación, que permite que operen en menos tiempo, cuando el fuego aun es pequeño.

Para utilizarse en almacenes los rociadores pulverizadores (CMDA) deben estar listados para tal fin.

Rociadores K-11,2, bulbo 5 mm Rociadores K-16,8, bulbo 5 mm Rociadores K-11,2, bulbo 3 mm

Los rociadores de cobertura extendida producen la misma distribución en forma de paraguas y gotas de agua de tres tamaños como el rociador spray normal; sin embargo, descargan el agua sobre un área más grande, lo que permite usar menos rociadores para cubrir un ambiente determinado.

Existen modelos de rociadores de cobertura extendida listados para utilizarse en la protección de almacenes, como los mostrados en las siguientes imágenes:

REQUERIMIENTOS BÁSICOS PARA PROTECCIÓN DE ALMACENES

Cuándo se requiere diseñar un sistema de rociadores para un almacén es necesario responder las siguientes preguntas:

  1. ¿Qué se almacenará? Hay que determinar de manera idónea la clasificación de las mercancías. Desde el punto de vista de protección contra incendios, las mercancías pueden ser Clase I a Clase IV y plásticos grupos A, B y C. (Aquí se puede ver un artículo al respecto).
  2. ¿Cómo se almacenará? Identificar la configuración del almacenamiento. Es decir, si el almacenaje es sobre paletas, en pilas sólidas, en cajas contenedoras, en anaqueles (shelves) o en estanterías (racks).
  3. ¿Qué tan alto serán almacenadas las mercancías? Establecer la altura de almacenamiento y el espacio libre desde la parte superior de las mercancías a los rociadores. En general, mientras más alta sea la pila de almacenamiento, mayor será el desafío de controlar el fuego. El espacio libre entre el tope de las mercancías y el deflector de los rociadores en techo impacta el tiempo de activación, el desarrollo del patrón de descarga del agua y la posibilidad de que las gotas lleguen hasta el combustible incendiado. La normativa establece límites para el espacio libre, según la mercancía, la configuración del almacenamiento y la clase de rociador utilizado.
  4. ¿Cuál es la altura de la edificación? Hay límites en la altura del almacén según sea la tecnología de rociador a utilizar. También hay limitaciones según la mercancía almacenada y la configuración del almacenamiento.

PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMDA EN NFPA 13

Como se ha escrito, en la norma NFPA 13 la protección de almacenes con rociadores de tecnología CMDA se contempla en el capítulo 21. Allí se establecen los requerimientos de acuerdo con la mercancía que se almacene y la configuración del almacenamiento. Así, en ese capítulo se encuentran los criterios de protección y diseño para:

  • Almacenamiento de mercancías Clase I a Clase IV sobre paletas, en pilas sólidas, en cajas contenedoras, en anaqueles o en anaqueles contrapuestos.

  • Almacenamiento de mercancías plásticas y de goma sobre paletas, en pilas sólidas, en cajas contenedoras, en anaqueles o en anaqueles contrapuestos.

  • Almacenamiento de mercancías Clase I a Clase IV en estanterías (racks).

  • Almacenamiento de mercancías plásticas Grupo A en estanterías (racks).

  • Almacenamiento de neumáticos de caucho en estanterías (racks).

  • Almacenamiento de rollos de papel.

  • Almacenamiento y exhibición de mercancías Clase I a Clase IV y plásticos Grupo A en tiendas minoristas.

  • Almacenamiento de algodón en pacas.

  • Almacenamiento de cajas de archivos con pasadizos de acceso.

  • Almacenamiento compacto de mercancías consistentes de archivos de papel, revistas, libros y documentos similares en sobres.

En este artículo sólo se pretende presentar unas consideraciones generales y explicaciones someras acerca de los aspectos y requisitos aplicables a los diseños de sistemas de rociadores que emplean el método densidad/área para la protección de almacenes.

CONDICIONES GENERALES APLICABLES A ROCIADORES CMDA

Para la protección de almacenes con rociadores CMDA, la norma NFPA 13-2019 establece los siguientes criterios básicos relacionados con el factor K de los rociadores a utilizar:

  1. Cuando la densidad de descarga requerida sea de 0,2 gpm/pie2 o menos, se pueden utilizar rociadores de respuesta estándar con un factor K-5,6 o mayor.
  2. Para aplicaciones de almacenamiento con densidades requeridas de más de 0,2 gpm/pie2 hasta 0,34 gpm/pie2 se deben usar rociadores de respuesta estándar con un factor K-8 o mayor.
  3. Para aplicaciones de almacenamiento con densidades requeridas mayores a 0,34 gpm/pie2 se deben utilizar rociadores de respuesta estándar con un factor K-11,2 o mayor que estén listados para aplicaciones de almacenamiento.

Para sistemas existentes diseñados e instalados bajo ediciones anteriores de la NFPA 13, no se requiere el reemplazo de rociadores K-5,6 o K-8 si se utilizaron de acuerdo con lo establecido en dichas ediciones. La única excepción son aquellos casos que requieren una densidad de diseño de 0,6 gpm/pie2 para proteger plásticos del Grupo A.

PRUEBAS DE ROCIADORES CMDA CON DISTINTOS

Las pruebas y la experiencia en incendios han demostrado que los rociadores K-5,6 o K-8 no producen tantas gotas de agua grandes que serían ideales para desarrollar un buen momentum (el producto de la masa por la velocidad de la gota a medida que cae hacia el piso desde el rociador), que es fundamental para lograr el control de incendios; mientras que los rociadores con orificios más grandes (K-11,2 o mayores) han demostrado que sí generan gotas de agua con suficiente momentum, por lo que funcionan mejor durante los incendios de almacenamiento con fuertes penachos de fuego. Es por eso que se ha limitado el uso de los rociadores K-5,6 y K-8 al almacenamiento de mercancías menos desafiantes.

Seguidamente se muestran algunas comparaciones de pruebas de incendio, utilizando densidades de descarga constantes, que demuestran la ventaja de los rociadores de factor K-11,2 y K-16,8 sobre rociadores de factor K-5,6 e incluso de factor K-8:

USO DE ROCIADORES CMDA DE RESPUESTA RÁPIDA 

En la protección de almacenamientos se puede utilizar rociadores de respuesta rápida sólo cuando estén listados para tal uso.

Los incendios en almacenes se caracterizan por su desarrollo rápido con altas tasas de liberación de calor. Inclusive, una vez que el sistema de rociadores ha logrado controlar el incendio, pero antes de la extinción final, el fuego seguirá liberando calor. Debido a ello y a la sensibilidad de los rociadores de respuesta rápida, puede abrir una cantidad de rociadores mayor a la considerada en los cálculos, con la posibilidad de que algunos se activen lejos del fuego, lo que causaría la sobrecarga del sistema y el suministro de agua no sería capaz de mantener el control del incendio.

No obstante, algunos rociadores de respuesta rápida han sido probados y listados para su uso en la protección de ciertas configuraciones de almacenamiento. Algunos fabricantes han demostrado que siempre que se sigan sus instrucciones y la protección se limite a las mercancías bajo los cuales han sido probados, esos rociadores serán capaces de mantener el control del incendio.

Rociador de repuesta rápida K-11,2 listado para almacenajes

CURVAS DE DISEÑO PARA ROCIADORES CMDA

Las curvas de diseño para rociadores CMDA incluidas en NFPA 13 indican la demanda de agua para rociadores en techo con clasificación de temperatura ordinaria y de temperatura alta, lo cual puede apreciarse en las siguientes imágenes.

La mayoría de los criterios de descarga de densidad/área se desarrollaron a partir de pruebas de incendio a gran escala. En muchas de esas pruebas los rociadores de índice de temperatura alta, con factores K-8 o 5,6 tendían a abrir en menor cantidad para controlar el incendio, en comparación con los rociadores de temperatura normal con el mismo tamaño de orificio. En base a ese hecho, algunas tablas y figuras proporcionan áreas de diseño más pequeñas o densidades de descarga menores en la misma área de diseño.

Si se utilizan rociadores de temperatura intermedia, la densidad de diseño debe seguir los criterios para rociadores de temperatura ordinaria. Se permite que los rociadores de temperatura ordinaria e intermedia con factores K-11,2 o mayores utilicen las densidades para rociadores de alta temperatura.

Cuando se desarrollaron los rociadores K-11,2 y más grandes, las pruebas de incendio a gran escala mostraron que los rociadores de temperatura ordinaria de esos tamaños de orificio funcionaron mejor que los rociadores de temperatura alta de factor K-5,6 o K-8. La mejor calidad de la descarga de agua asociada con los rociadores de orificio más grandes proporcionó un mejor control del incendio y una reducción en el número de rociadores activados.

En las siguientes imágenes se muestran algunas comparaciones de pruebas de incendio utilizando rociadores con diferentes clasificaciones de temperatura.

En las curvas de densidad/área, para los cálculos hidráulicos, sólo es necesario satisfacer un punto sobre la curva apropiada, pero no un punto específico. Al diseñador se le permite seleccionar cualquier punto y trabajar con el área de diseño escogida y la densidad de descarga correspondiente. Esto permite adaptar el diseño a las características del suministro de agua.

ROCIADORES ENTRE ESTANTERÍAS (IN-RACKS)

En general, cuando se utilizan rociadores CMDA se requieren rociadores entre estanterías (in-racks) para el almacenamiento de más de 25 pies (7,6 m) de altura, independientemente de la mercancía. Para almacenaje hasta 25 pies (7,6 m), la necesidad de rociadores entre estanterías varía dependiendo de la mercancía y de la configuración del almacenaje.

NFPA 13 aborda las opciones de protección que incorporan rociadores entre estanterías en el capítulo 25, donde proporciona los criterios de diseño y requerimientos de instalación para las diferentes tecnologías de rociadores.

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La opción de protección de almacenes con rociadores CMDA puede significar en muchos casos que resulten diseños de sistemas más económicos, en comparación con las otras opciones (rociadores CMSA y ESFR), dado que para algunas mercancías y configuraciones de almacenamiento se manejarían menores caudales y presiones, lo que implicaría una bomba de menor capacidad, tuberías de menor diámetro y un reservorio de agua de menor volumen.

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

Fuentes: NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Fourteenth Edition
                NFPA Fire Protection Handbook, Twentieth Edition
               “The Effect of Large Orifice Sprinklers on High-Challenge Fires”. Supplement 2, Automatic Sprinkler Systems Handbook, 2007

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, en todo o en parte, con lo aquí expresado.
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