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.
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