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ÁREA DE DISEÑO – SISTEMAS DE ROCIADORES

INTRODUCCIÓN

Para determinar la demanda esperada (caudal y presión de agua) de un sistema de rociadores automáticos se deben realizar cálculos hidráulicos; que además permiten ajustar los tamaños de tuberías, sobre una base de pérdida de presión, para proporcionar una densidad de descarga a nivel de piso o una presión o caudal mínimo prescrito por rociador. Cuando los cálculos se realizan mediante el método de Densidad/Área propuesto en la norma NFPA 13, “Standard for the Installation of Sprinkler Systems”, uno de los elementos clave es el Área de Diseño.

Los resultados de caudal y presión obtenidos mediante los cálculos hidráulicos es la demanda máxima esperable para el sistema, y son los valores utilizados para seleccionar la bomba contra incendio (si es el caso).

¿QUÉ ES EL ÁREA DE DISEÑO?

Es la zona hidráulicamente más demandante del sistema de rociadores, donde se asume que se activará una cierta cantidad de rociadores al ocurrir un incendio. Es un espacio determinado dentro de la edificación protegida por el sistema de rociadores. Se supone que si el sistema puede satisfacer la demanda generada por el área de diseño satisfará la demanda de cualquier otra zona de la edificación.

La norma NFPA 13 relaciona el Área de Operación de rociadores con la Densidad de Descarga en la gráfica de Densidad/Área (ver figura 1), presentando una “curva” para cada clase de ocupación, a saber: Riesgo Ligero, Riesgo Ordinario (grupos 1 y 2) y Riesgo Extra (grupos 1 y 2). Como puede observarse, la representación para los diferentes riesgos son rectas en vez de curvas. Conservan esa denominación porque originalmente se trataba de líneas curvas.

 

Fig. 1: Curvas Densidad/Área de la norma NFPA 13.

En el eje vertical de la gráfica se indica el área de operación de los rociadores y comprende un rango que va desde 1.500 pie2 (139 m2) hasta 5.000 pie2 (465 m2); con la particularidad que para Riesgo Ligero la “curva” abarca desde 1.500 pie2 (139 m2) hasta 3.000 pie2 (279 m2); para Riesgos Ordinarios las “curvas” abarcan desde 1.500 pie2 (139 m2) hasta 4.000 pie2 (372 m2) y para Riesgos Extras las “curvas” abarcan desde 2.500 pie2 (232 m2) hasta 5.000 pie2 (465 m2).  Importante señalar que el área de operación de los rociadores señala el tamaño que puede tener el área de diseño, por lo que en la práctica se utilizan indistintamente ambas expresiones.

¿CÓMO SE DETERMINA EL ÁREA DE DISEÑO?

Dependiendo de la configuración del sistema de rociadores que se está calculando, puede ser fácil o no tanto determinar o localizar el Área de Diseño. La característica básica es que debe ser la zona “hidráulicamente más demandante”, que no necesariamente es la más lejana; puede existir una situación más riesgosa en una zona más cercana al suministro de agua. Cuando no está claro cuál es el Área de Diseño, se hace necesario realizar cálculos hidráulicos para todas las áreas de diseño probables, para verificar cuál es la que demanda más presión y/o caudal, y de esa manera determinarla fehacientemente.

En algunas circunstancias, al realizar los cálculos para dos o más Áreas de Diseño, se puede obtener mayor demanda de presión para una y mayor demanda de caudal para otra. En este caso, la bomba contra incendio debe ser capaz de satisfacer ambas situaciones, por lo que hay que ser cuidadoso en la selección de la misma.

TAMAÑO DEL ÁREA DE DISEÑO

La selección del tamaño del Área de Diseño queda a criterio del diseñador. Como se ha escrito antes, para cada clase de riesgo existe un rango en el cual se puede seleccionar un valor. Es decir, de acuerdo a la ocupación que se está protegiendo, se selecciona un tamaño de Área de Diseño en el rango que aplique. Se puede seleccionar cualquier valor en ese rango.

Como puede verse en la figura 1, si se selecciona el extremo inferior de una línea de densidad/área va a corresponder la densidad de descarga mayor para ese riesgo; ésto conllevará a una menor demanda de agua para el sistema de rociadores. Si se selecciona el extremo superior de una línea de densidad/área va a corresponder la menor densidad para ese riesgo, pero resultará en una mayor demanda de agua. Se puede seleccionar cualquier punto sobre la línea y trabajar con la correspondiente combinaciób de densidad/área.

FORMA DEL ÁREA DE DISEÑO

La norma NFPA 13 requiere que el Área de Diseño tenga la forma de un rectángulo, con su lado más largo de al menos 1,2 veces la raíz cuadrada del Área de Diseño, es decir,

Donde:
W = longitud del área de diseño
              Ad = Área de diseño

Lo que implica que el lado más largo del rectángulo será al menos 20% más grande que el lado más corto.

En la práctica, muchas veces el Área de Diseño no adquiere realmente la forma de un rectángulo, sino que se forman dos rectángulos contiguos. Generalmente esto obedece a que en dicha área se debe incluir una cierta cantidad de rociadores, que viene dada por el área de cobertura de los rociadores. Esta cantidad se obtiene mediante la siguiente relación:

Nra = Ad / Ar

Donde:
Nra = Cantidad de rociadores en área de diseño
Ad = Área de diseño
              Ar = Área de cobertura de rociadores

Ejemplo:

Supongamos un Área de Diseño de 1.500 pie2 y un área de cobertura de rociadores para riesgo Ordinario de 120 pie2.

Nra = 1.500/120 = 12,5

Es decir, el Área de Diseño debe incluir 13 rociadores (se debe redondear al número entero mayor). Se puede inferir que para una distribución uniforme de rociadores, no es posible conformar un rectángulo con esta cantidad.

ROCIADORES EN EL LADO MÁS LARGO DEL ÁREA DE DISEÑO

La norma NFPA 13 también establece que el lado más largo del Área de Diseño debe extenderse en la dirección de los ramales. Por supuesto, en esa longitud cabrá un número de rociadores, lo que se determina dividiendo dicha longitud entre la distancia entre rociadores.

Nrl = W / S

Donde:
Nrl = Cantidad de rociadores en el lado largo del rectángulo
W = longitud del área de diseño
              S = separación entre rociadores

Siguiendo con el ejemplo anterior:

Nrl = 1,2x(1.500)1/2 / 12 = 3,87

Es decir, se debe incluir 4 rociadores en el lado más largo del Área de Diseño. Por tanto, para cumplir con los 13 rociadores necesarios se tendrían 3 ramales con 4 rociadores cada uno y un ramal con 1 rociador (ver figura 2).

Fig. 2: Sistema de rociadores con 13 rociadores en el Área de Diseño

(*separaciones expresadas en pies)

Otro Ejemplo:

Supongamos un Área de Diseño de 2.500 pie2 y un área de cobertura de rociadores para riesgo Extra de 100 pie2.

Nra = 2.500/100 = 25

El Área de Diseño incluirá 25 rociadores.

Nrl = 1,2x(2.500)1/2 / 10 = 6

Se debe tener 6 rociadores en el lado más largo del Área de Diseño. Para incluir los 25 rociadores necesarios se tendrán 4 ramales con 6 rociadores cada uno y un ramal con 1 rociador (ver figura 3).

Fig. 3: Sistema de rociadores con 25 rociadores en el Área de Diseño.

(*separaciones expresadas en pies)

En este enlace se puede ver un artículo donde se explica el procedimiento para realizar el cálculo hidráulico de un sistema de rociadores.

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

Fuente: NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Thirteenth Edition

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 e informativos.

   
 

Esta entrada tiene 22 comentarios

  1. Enzo Ariel Schiaverano

    Exelente los datos y explicaciones

  2. Andres

    Estimado, como defines la distancia entre rociadores????…quedo atento a tus comentarios

    1. admin-ybirma

      La distancia entre rociadores la asigna el diseñador del sistema, considerando tanto las separaciones máximas y mínimas como el área de cobertura de rociadores, establecidas en NFPA 13 para cada clase de riesgo.

  3. jesus

    gracias por tu aporte a la ingenieria

  4. Onel González

    Excelente todas tus explicaciones. Quisiera me aclararas una pregunta, para el cálculo de la cantidad de rociadores, en caso de ser mucho mayor a 5.000,00 ft2 el área de diseño, todos los cálculos aplican igualito? por ejemplo: si el área de diseño es 125.000,00 sólo cambio en la formula el 5.000,00 por 125.000,00?

    1. admin-ybirma

      Hola Onel.
      El área de diseño es «independiente» del área protegida por el sistema de rociadores. Te recomiendo releer el artículo para que comprendas mejor el concepto…
      Te explico: El área de diseño a seleccionar va a depender del riesgo de ocupación; esa área puede ir desde 1,500 pie2 hasta 5.000 pie2 (tal como se ve en la figura). Puedes seleccionar cualquier valor en ese rango (de acuerdo al riesgo). El valor que selecciones es el que vas a utilizar para calcular la cantidad de rociadores.

  5. Sofia Carpio

    Estimado Luis, mucha gracias por la explicación,me han sido de mucha ayuda tus artículos respecto al tema de rociadores; tengo una consulta, ¿En que capítulos/artículos de la NFPA 13 versión 2019 encuentro las ecuaciones que nos indicas para definir el área de diseño? ya que revisé la sección 19 Enfoques de diseño en donde se encuentran las curvas de densidad/área pero no encuentro las ecuaciones.

    1. admin-ybirma

      Hola Sofia. Gracias por escribir.
      Revisa el Capítulo 27 y su material explicativo en el Anexo A.

  6. Walter

    Hola Luis muy buenas tus explicaciones, me quedo una duda como hago para calcular el total de rociadores que tendrá la instalación, porque ahí usted calculo el numero de rociadores del área de diseño pero no de toda la instalación. Saludos

    1. admin-ybirma

      Hola Walter. Gracias por escribir.
      En el cálculo hidráulico sólo se contemplan los rociadores incluidos en el área de diseño.

      1. Walter

        Gracias por su respuesta, pero: ¿como hago para determinar el total de rociadores que utiliza la instalación? Ya eh calculado la cantidad de rociadores del área de diseño, pero nose como se determina la cantidad total de los rociadores del recinto a proteger. Saludos

        1. admin-ybirma

          Hola Walter.
          La cantidad total de rociadores sale cuando haces la distribución en planos; dicho sea de paso, ¿cómo sabes cuál es el área de diseño si no has realizado el layout de rociadores y tuberías en planos?

  7. Estimado Luis, buenas tardes por favor me podría despejar unas dudas que tengo sobre el dimencionamiento y calculo de los sistemas contra incendio:
    1) Como identifico y determino si un proyecto cualquiera que fuera éste requiere un sistema solo de gabinetes o solo de rociadores, o ha su vez necesita uno mixto.
    2) Donde puedo encontrar información que me ayude paso a paso para realizar el calculo de un sistema contra incendio completo.
    De antemano le agradesco por su valiosa ayuda

    1. admin-ybirma

      Saludos Christiam. Gracias por escribir.
      1) La mejor manera para identificar las necesidades de protección es realizando un análisis y evaluación de riesgos. Ahora, normalmente los requerimientos de protección los establece una Ley, un Código, un Reglamento o una Norma obligante del País; o en su defecto, la Autoridad Competente en la materia. Y también aplica que el propietario quiera proteger sus bienes…
      2) En este Blog hay un ejemplo de cálculos de rociadores: http://www.contraincendio.com.ve/ejemplo-calculo-de-sistemas-de-rociadores-parte-i/. En internet hay otros sitios que ayudan y orientan para la realización de cálculos hidráulicos. También te puedo recomendar este curso: https://drive.google.com/drive/folders/1ENjch68mOu7Q9bBg4LGBrhR3rAyf-v_b

  8. Jesús Jiménez

    Hola Buenas tardes, si como diseñador pongo la separación de los rociadores para riesgo Leve a cada 4m (16m2) para calcular cuantos rociadores debo calcular sería dividir 1,500 pies2 (140m2) / 16m2= 8.75= 9 rociadores? o se tiene que hacer con él area de cobertura de rociador máxima? Agradecería su respuesta

    1. admin-ybirma

      Hola Jesús. Gracias por escribir.
      Sí, tal como lo planteas es que se hace; se divide entre el área de cobertura real de los rociadores, no entre la cobertura máxima permitida.

  9. Jesús Jiménez

    Hola buenas tardes, nuevamente con dudas, si tengo un edificio de oficinas a las cuales solo dejo preparaciones para que usuario haga su instalación al momento de rentar, ¿Cuál sería la manera correcta de calcular el diámetro de la tubería a cada oficina?
    1.- Por m2 de oficina dividido entre el área de cobertura de los rociadores?
    Ejemplo: Digamos que la oficina mide 100m2, la separación que estoy poniendo es de 4m (16m2) entre rociador, quiere dcir si dividimos 100/16=6.25, es decir, que ese local llevaría 7 rociadores aproximadamente, es correcto el cálculo?
    Agraderia su respuesta. Saludos

    1. admin-ybirma

      Hola Jesús. Gracias por escribir.
      Realmente el diámetro de las tuberías no se calcula, primero se estima y luego se corrobora mediante el cálculo hidráulico, en base a las pérdidas por fricción asumibles.

  10. Pompilio Espinoza

    Estimado luis,si tengo una bodega dimensionada para 14 rociadores ,y con un area de cobertura de 130 ft2,como determino el area de diseno,siendo el risesgo de ocupacion ordinario 2,0 simplemente divido el Ad 1500 ,para Ac 130 y obtengo aprox 12 rociadoresdel total que son 14 ,es correcto

    1. admin-ybirma

      Hola Pompilio. Gracias por escribir.
      Puedes utilizar 1500 pie2 como área de diseño y trabajar con la densidad de descarga correspondiente; pero también puedes utilizar toda el área de la bodega y buscar qué densidad corresponde a esa área y calcular con ella, en cuyo caso contemplarías los 14 rociadores.

  11. Norberto

    Gracias por tus enseñanzas, me han despejado de muchasdudas, al igual de los comentarios y preguntas aquí realizadas.
    Saludos.

    1. admin-ybirma

      Hola Norberto. Gracias por escribir. Y gracias por tu opinión positiva.
      Siempre a la orden

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