SELECCIÓN Y APLICACIÓN DE ROCIADORES AUTOMÁTICOS – I

INTRODUCCIÓN

Una vez que se ha establecido que un edificio va a ser protegido con rociadores, una de las decisiones fundamentales que debe tomarse es qué tipo de rociador elegir. Seleccionar el rociador adecuado para una situación específica no es una tarea tan sencilla. Con 13 diferentes tamaños de orificios, 6 clasificaciones de temperatura, 3 orientaciones, 10 diseños de deflectores y 2 características de respuesta, hay un potencial para 4.680 tipos diferentes de rociadores. Obviamente, no es práctico fabricar cada combinación, pero aun así hay cientos de rociadores para elegir.

La selección de un tipo de rociador dependerá principalmente de la clase de ocupación. El proceso también implica observar los atributos significativos del ambiente protegido, determinar la ubicación de las tuberías del sistema y tener en cuenta las exigencias estéticas del propietario. En muchos casos, la disposición del ambiente determinará qué tipo de rociador es el adecuado. Por ejemplo, un sótano de estacionamiento necesita tener rociadores montantes para que los deflectores queden cerca del techo. Un corredor exterior se protege de manera más eficiente con rociadores de pared, según la geometría de este espacio.

Un error en el diseño de sistemas de rociadores es suponer que se puede usar un mismo tipo de rociador en todos los tipos de construcción para la protección de todas las clases de riesgo. Los rociadores de pulverización (spray), montantes y colgantes, son los tipos más comunes y se pueden usar en casi todas las ocupaciones y tipos de construcción, que no es el caso para los demás rociadores. Otros tipos de rociadores tienen limitaciones específicas. Por ejemplo, los rociadores de cobertura extendida y los de pared solo se pueden instalar bajo techos lisos y planos. Otro ejemplo son los rociadores ESFR, que están destinados a ocupaciones de almacenamiento.

ANTECEDENTES

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 pulverizador (spray). Debido a sus características y ventajas, en 1955 el rociador spray se convirtió en el rociador «estándar» referenciado por la NFPA 13, limitando al rociador convencional a usos en construcciones con techo y estructura de madera y otras aplicaciones particulares. Entonces, elegir un tipo de rociador era relativamente simple, había que escoger entre esos dos tipos.

A mediados de los años 70, se desarrolló el rociador de Gota Grande (Large-Drop), ideado para controlar incendios en almacenajes de estanterías altas. Ahora se disponía de tres alternativas, pero, como se ha dicho, el rociador de Gota Grande tenía un uso específico: almacenajes. Para las demás ocupaciones seguían existiendo dos alternativas.

En 1981, se desarrolló el rociador residencial para combatir los tipos de incendios que se generan específicamente en las ocupaciones residenciales, con el criterio de diseño de mantener condiciones de supervivencia en el cuarto de origen del incendio. Estos rociadores incorporan un enlace fusible de respuesta veloz (fast-response). Hasta ese momento, en las residencias se utilizaba el rociador spray normalizado.

A partir de las investigaciones que llevaron al desarrollo del rociador residencial, se incorporó el fusible de respuesta veloz a los rociadores spray, obteniéndose el rociador de respuesta rápida (Quick-response Sprinkler), ideal para ser utilizado con el propósito de mejorar la seguridad de la vida de los ocupantes en sitios como oficinas, hospitales, hoteles, etc.

En 1984, Factory Mutual inició el programa de investigación que condujo a otro avance significativo en la protección contra incendio, como fue la introducción de los rociadores de Respuesta Veloz y Supresión Temprana (Early Suppression – Fast Response, ESFR), los cuales se aprobaron a partir del año 1988. En el desarrollo de estos rociadores se combinan los conceptos de diseño del rociador de Gota Grande y el rociador residencial. El rociador ESFR original era un rociador colgante con un orificio de factor K = 14,0 (KM = 200). Posteriormente se desarrollaron otros modelos (algunos montantes) con diferentes factores K.

Más recientemente, se ha definido el tipo de rociador CMSA (Control Mode Specific Application) para la protección de almacenamientos. Este es un rociador listado para operar a una presión mínima establecida, con un número específico de rociadores operando bajo un esquema de protección dado, según los requerimientos de NFPA 13. Es de resaltar que el rociador de Gota Grande está catalogado como rociador CMSA.

(En este artículo puede verse una breve historia de la evolución de los rociadores)

ORGANIZANDO LA TECNOLOGÍA

Con el fin de garantizar una cierta consistencia, se necesita organizar a los diferentes tipos de rociadores desarrollados, por lo que se han establecido algunos criterios para proporcionar un grado de orden en el panorama general.

Los rociadores constan de tres partes diferentes que se pueden variar para obtener un desempeño diferente. Estas partes son: el mecanismo de activación (enlace fusible), el deflector y el orificio.

(En este artículo puede ver información relacionada con las partes de un rociador).

Se reconocen dos diferentes tipos de mecanismo de activación: Respuesta Veloz (Fast Response) y Respuesta Normal (Standard Response). Un rociador de respuesta veloz se define como uno que tiene un Índice de Tiempo de Respuesta (RTI) de 50 (m-s)½ [90 (ft-s)½] o menos, mientras que un rociador de respuesta normal se define como uno que tiene un RTI de 80 (m-s)½ [145 (ft-s)½] o más. El RTI se utiliza para describir comparativamente la sensibilidad del elemento térmico del rociador. Es de esperarse que un rociador de respuesta veloz opere más rápido que un rociador de respuesta normal dadas las mismas condiciones.

(En este artículo  puede ver información relacionada con el RTI y los rociadores de respuesta veloz).

Otra variable es el tamaño de orificio del rociador. A partir del rociador spray, con orificio de ؽ”, los orificios de los rociadores se han ido incrementando cada vez más. Hay varios factores que impulsan el uso de rociadores de orificios más grandes, pero el más importante es la capacidad de lograr caudales mayores a la misma presión. Es decir, la capacidad de lograr los caudales necesarios para el control de incendios a presiones más bajas.

A medida que los incendios se vuelven más desafiantes (aerosoles, líquidos inflamables, almacenamiento de plásticos en pilas altas), la cantidad de agua que se necesita obtener del rociador para controlar el fuego aumenta. Para que aumente el caudal, es necesario que aumente la presión para expulsar esa agua del rociador o que sea mayor el factor K del rociador. La relación entre esas variables su expresa mediante la siguiente fórmula:

Donde:

Q = Caudal, en gpm o lpm

K = constante conocida como Factor K del rociador

P = Presión, en psi o bar

Y como se sabe, el factor K depende directamente del tamaño del orificio del rociador. Por lo que, si no se dispone de una mayor presión se puede seleccionar un rociador con orificio más grande.

(En este artículo se puede ver información relacionada con el Factor K de rociadores).

La variable que más se puede modificar en un rociador es el deflector. Una vez que el agua sale del rociador, el deflector la divide en gotas de diferentes tamaños y las distribuye en un patrón determinado. En algunas ocupaciones, se necesitan grandes gotas de agua para penetrar los penachos de fuego de alta velocidad; en otras se necesitan muchas gotas pequeñas para que el calor del fuego pueda ser absorbido; en otras, el agua necesita ser arrojada directamente hacia el suelo; y en otras, el agua debe distribuirse a los lados y debajo del rociador. Todo eso se logra modificando el deflector.

Actualmente hay varias clases diferentes de deflector en los rociadores. La Figura 1 muestra cómo los diferentes tipos de rociadores se pueden organizar tomando en cuenta el deflector.

Figura 1: Diferentes tipos de rociadores según su deflector.

 

Rociadores convencionales:

Aproximadamente la mitad de la descarga de estos rociadores es hacia el piso mientras que el resto es hacia el techo. Este rociador se puede instalar, indistintamente, en posición colgante o montante. Como se ha mencionado antes, estos rociadores se siguen utilizando en situaciones particulares y para reemplazar rociadores activados o dañados en sistemas construidos con este tipo. No está permitida su instalación en sistemas nuevos por NFPA 13.

Figura 2: Rociador convencional o estilo antiguo.

 

Rociadores residenciales:

Los deflectores de estos rociadores están diseñados para producir muchas gotas de agua pequeñas y medianas y una distribución específica del agua. Los incendios residenciales producen una gran cantidad de calor, que es absorbido por las gotas pequeñas. Las gotas medianas penetran los bordes exteriores del penacho de fuego para pre-humedecer los combustibles adyacentes, haciendo más difícil que el fuego se propague. Este rociador maximiza la eficiencia de absorción de calor del incendio y, por lo tanto, puede operar a caudales más bajos que los rociadores spray, haciendo un uso más eficiente del agua. El rociador está dotado de un enlace de respuesta veloz para que abra antes de que el fuego se vuelva muy grande.

 

 
Rociador colgante Rociador de pared

Figura 3: Rociadores residenciales.

 

Debido a que los rociadores residenciales se prueban y listan usando un escenario de incendio residencial, NFPA 13 permite su instalación sólo en las porciones residenciales de las distintas clases de ocupaciones. Más allá del uso de rociadores residenciales en NFPA 13, NFPA 13D cubre el diseño de sistema de rociadores en viviendas unifamiliares y bifamiliares y casas prefabricadas, y NFPA 13R cubre el diseño de sistemas de rociadores en ciertas edificaciones residenciales de poca altura (hasta 4 niveles y que no excedan 18 m sobre el terreno).

NFPA 13 define una unidad de vivienda como cualquier habitación utilizada para dormir. Las habitaciones de hotel, cuartos dormitorios y apartamentos están incluidos en esta definición. La misma permite que los rociadores residenciales se utilicen en todas las aplicaciones que tienen una carga combustible consistente con las ocupaciones residenciales típicas. Los rociadores residenciales están listados específicamente para la seguridad de la vida de los ocupantes que podrían estar en la habitación donde se origina un incendio; por su respuesta y patrón de distribución de agua han demostrado que proporcionan un mejor control que los rociadores spray. Estos rociadores están destinados a evitar el flashover en el cuarto de origen del fuego, lo que mejora la posibilidad de que los ocupantes escapen o sean evacuados.

Los rociadores residenciales se deben usar solo en sistemas húmedos, a menos que estén específicamente listados para uso en sistemas secos o de preacción.

Es de destacar que el factor K de los rociadores residenciales puede ser diferente a los estandarizados por NFPA 13.

Rociadores pulverizadores (spray):

Es el tipo de rociador más popular y “universal”. El rociador spray descarga el 100% de su agua hacia el piso en un patrón en forma de paraguas. Su deflector está diseñado para producir gotas de agua en tres rangos de tamaño específicos. Las gotas pequeñas ayudan a absorber el calor del fuego y mantener temperaturas bajas en el techo. Las gotas medianas penetran los bordes del penacho de fuego para pre-humedecer las superficies adyacentes, lo que dificulta la propagación del fuego. Las gotas más grandes penetran el penacho de fuego para llegar a la superficie del combustible en llamas para controlar o suprimir (en algunos casos) el fuego. Estos rociadores están disponibles en una variedad de tamaños de orificio.

Existen cuatro (4) clases de rociador spray, a saber: cobertura normal – respuesta normal, cobertura normal – respuesta rápida, cobertura extendida – respuesta normal y cobertura extendida – respuesta rápida. Cada clase presenta las modalidades montantes, colgantes y de pared.

Los rociadores spray montantes y colgantes se permiten en todas las clasificaciones de riesgo de ocupación y tipos de construcción de edificaciones, excepto en espacios combustibles ocultos (para los que deben ser específicamente listados). Para utilizarse en una ocupación de almacenamiento deben estar listados para tal fin.

Los rociadores spray de pared solo se permiten en ocupaciones de riesgo Ligero con techos planos lisos, horizontales o inclinados; en ocupaciones de riesgo Ordinario con techos lisos y planos cuando estén listados específicamente para dicho uso; y para proteger las áreas debajo de puertas basculantes. Las características de descarga de los rociadores de pared no son tan efectivas como las de los rociadores montantes y colgantes para todas las aplicaciones. En consecuencia, están limitados a ocupaciones de riesgo Ligero, a menos que el rociador esté específicamente listado para su uso en ocupaciones de riesgo Ordinario.

Los rociadores de cobertura extendida producen la misma distribución en forma de paraguas y gotas de agua de tres diferentes tamaños como el rociador spray normal; sin embargo, ellos extienden su patrón de rociado sobre un área más grande. La limitación en el área de cobertura para cada rociador particular está contenida en su listín, no en la NFPA 13. Estos rociadores no son intercambiables, ya que algunos modelos pueden necesitar presiones y caudales más altos para cubrir áreas similares a otros. Algunos modelos de respuesta normal emplean un enlace de respuesta veloz para compensar la posible mayor distancia al incendio. En los modelos de respuesta rápida los enlaces son lo suficientemente sensibles como para dar una pronta respuesta aun en los espaciamientos extendidos.

Los rociadores de cobertura extendida están específicamente listados para cubrir un área que es más grande que el área permitida para los rociadores spray estándar. La cobertura extendida permite usar menos rociadores. Sin embargo, tienen limitaciones asociadas con su uso. El patrón de descarga más plano se ve afectado más fácilmente por obstrucciones en el techo y por la inclinación del techo. NFPA 13 limita el uso de estos rociadores solo para construcciones sin obstrucciones con techos planos y lisos, con una pendiente que no exceda un 16,7%; en construcción no obstruida u obstruida incombustible, donde sean específicamente listados para tal uso; bajo techos planos y lisos, con una pendiente que no exceda un 33,3%, donde sean específicamente listados para tal uso; si se instalan en techos con una pendiente mayor a 16,7%, ubicados en el punto más alto y colocados para descargar hacia abajo a lo largo de la pendiente (rociadores de pared); en cada bahía de construcción obstruida consistente de miembros estructurales sólidos que se extienden debajo del deflector del rociador; y para proteger las áreas debajo de puertas basculantes.

Los rociadores de respuesta rápida son idénticos a los rociadores de respuesta estándar, excepto por el mecanismo de activación. Como rociadores de respuesta veloz, reaccionan cuando el fuego es más pequeño y pueden controlarlo con menos rociadores en funcionamiento, lo que permite un suministro de agua menor, tuberías más pequeñas y menos daño por agua. Con este tipo de rociadores NFPA 13 permite reducir el área de diseño, si se cumplen ciertas condiciones.

En ocupaciones de riesgo Extra no se permite el uso de rociadores spray de respuesta rápida bajo el método de diseño de Densidad/Área. Estos rociadores reaccionan a los incendios más rápido que los rociadores de respuesta estándar, lo que resulta en un mejor desempeño del sistema de rociadores, si todos los demás factores permanecen constantes. Las ocupaciones de riesgo Extra se caracterizan por la probabilidad de incendios de desarrollo rápido con altas tasas de liberación de calor, que tienen el potencial de abrir una gran cantidad de rociadores de respuesta rápida antes de que tengan tiempo para controlar el fuego. La operación de una gran cantidad de rociadores en un período de tiempo relativamente corto puede sobrecargar el sistema.

 

Cobertura y Respuesta normal Cobertura normal Respuesta rápida Cobertura extendida respuesta normal Cobertura extendida respuesta rápida

Figura 4: Rociadores Spray.

 

 

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

Fuentes: NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Thirteenth Edition
NFPA Fire Protection Handbook, Twentieth Edition
Fire Protection Engineering Magazine; Issue Nro. 9, 2001. SFPE.
“Estado Actual de la Tecnología de los Sistemas de Rociadores Automáticos”, Ing. Guillermo Lozano; 1992.

 

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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