INTRODUCCIÓN
En un anterior artículo se presentó cómo estimar la capacidad de la bomba contra incendio para un sistema de rociadores automáticos y se realizó un ejercicio para una ocupación de riesgo Ordinario grupo 2. En el presente artículo se va a desarrollar un ejercicio para una ocupación de almacenamiento, considerando las alternativas posibles de protección con rociadores; es decir, se estimará la capacidad que debe tener la bomba contra incendio para un almacén según sea la tecnología de rociadores empleada.
Además, se va a determinar el volumen de agua contra incendio que se requeriría para el sistema de extinción que protegerá la edificación, también según el tipo de rociadores utilizado.
En anteriores artículos, que se pueden ver aquí y aquí, también se trató el tema de la protección contra incendio de almacenes mediante rociadores. En ellos se indica los elementos y factores que se toman en cuenta al desarrollar el diseño.
EDIFICACIÓN Y CONFIGURACIÓN DEL ALMACENAMIENTO
Para este ejercicio, la edificación es una nave, bodega o galpón, destinada específicamente al almacenamiento de mercancías. La altura del techo es de 8,50 metros.
El almacenamiento se realiza en racks metálicos de doble fila utilizando paletas de madera. La altura máxima del almacenamiento es de 7,30 metros. Los pasillos de circulación son de 3 metros de ancho. Las mercancías almacenadas son mayoritariamente Clase IV, contenidas en cajas de cartón y con embalaje plástico.
CAPACIDAD DE LA BOMBA CONTRA INCENDIO
La norma NFPA 13-2019 establece que la capacidad del suministro de agua para el sistema de rociadores debe ser capaz de proveer el caudal y la presión requeridos por el área de diseño por el tiempo estipulado (duración requerida), y se debe determinar de acuerdo a los requerimientos y procedimientos especificados en los capítulos 19 al 26, incluyendo la concesión para chorros de mangueras donde sea aplicable.
Aquí aparece un elemento que genera mucha confusión: la concesión para chorros de mangueras. En un artículo anterior se trata de explicar ese tema.
El caso es que al caudal requerido para rociadores se debe agregar la concesión para chorros de manguera, lo cual se establece en la sección 20.12 de NFPA 13-2019, y se muestra en la tabla 20.12.2.6, según la mercancía y la tecnología de rociadores. Cabe aclarar que la concesión para chorros de manguera se incluye sólo si existen las conexiones, internas y/o externas, y éstas son alimentadas desde la bomba contra incendio que se está dimensionando.
ESTIMACIÓN DE BOMBA CONTRA INCENDIO PARA ALMACÉN PROTEGIDO CON ROCIADORES CMDA
Los criterios de diseño para los rociadores CMDA están proporcionados en el capítulo 21 de la norma NFPA 13-2019. Los criterios de diseño para cuando son necesarios rociadores entre-racks se proporcionan en el capítulo 25.
Para este ejercicio aplica el parágrafo 21.4.1. En la tabla 21.4.1.2 se indica que para la clase de mercancías y la altura de almacenamiento se requiere rociadores entre-racks y refiere al capítulo 25.
Del capítulo 25 aplica específicamente la sección 25.2.3. En la tabla 25.2.3.2.1, se señala que se requiere un nivel de rociadores entre-racks y que aplican las curvas A y B de la figura 25.2.3.2.3.1(g).
Para determinar la descarga de los rociadores en techo se puede aplicar la curva A, según la cual, para un área de diseño de 2.000 pie2 corresponde una densidad de descarga de 0,39 gpm/pie2. Al requerirse una densidad mayor a 0,34 gpm/pie2, se debe utilizar rociadores con un K = 11,2 o mayor (parágrafo 21.1.4 de NFPA 13-2019).
Los criterios de diseño para rociadores entre-racks están en la sección 25.12 de NFPA 13-2019. En la tabla 25.12.2.1 se indica la cantidad de rociadores a incluir en el diseño y en la tabla 25.12.3.1 se indica la presión de diseño mínima o el caudal de diseño mínimo para los rociadores.
Para este ejercicio se deben incluir 8 rociadores entre-racks con una presión de diseño mínima de 15 psi.
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Caudal mínimo requerido por rociadores en techo:
Qrt = Dd x Ad = 0,39 gpm/pie2 x 2.000 pie2 = 780 gpm
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Caudal mínimo requerido por rociadores entre-racks:
Asumiendo rociadores con K = 5,6;
Qrr = Nr x K x (P)0,5 = 8 x 5,6 x (15)0,5 = 173,51 gpm
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Caudal total requerido por rociadores:
Qtr = 780 + 173,51 = 953,51 gpm
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Caudal total ajustado para rociadores:
Asumiendo que se diseñará un sistema de rociadores tipo “parrilla”, se ajusta el caudal para considerar las pérdidas por fricción y el balanceo entre las demandas de rociadores en techo y rociadores entre-racks;
Qtra = 1,2 x 953,51 = 1.144 gpm
Como se ha indicado anteriormente, al caudal de rociadores se debe agregar la concesión para chorros de manguera. En la tabla 20.12.2.6 de NFPA 13-2019 se indica que para un área de diseño de 2.000 pie2 se requiere un caudal total de 500 gpm.
De nuevo, este caudal se suma si existen tanto conexiones internas como externas y son suministradas por la bomba. Para este ejercicio, se asumirá que sólo se tendrán conexiones internas, por lo tanto se sumarán 100 gpm.
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Caudal total requerido:
Qt = 1.144 + 100 = 1.244 gpm
ESTIMACIÓN DE BOMBA CONTRA INCENDIO PARA ALMACÉN PROTEGIDO CON ROCIADORES CMSA
Los criterios de diseño para los rociadores CMSA están proporcionados en el capítulo 22 de la norma NFPA 13-2019. Para este ejercicio aplica la sección 22.4.
En la tabla 22.4 se indican cuatro (4) posibilidades de diseño para la clase de mercancías, la altura de almacenamiento y la altura del techo. Dependiendo del factor K del rociador, se establece cuántos rociadores deben ser calculados y su presión mínima de operación.
Se descarta la utilización de rociadores K = 11,2 ya que se requeriría rociadores entre-racks. Seleccionando cualquiera de los demás rociadores se obtendrá prácticamente el mismo caudal. Asumiendo que por las características del techo conviene que los rociadores sean montantes, se selecciona un rociador con factor K = 16,8; se requiere calcular 15 rociadores a una presión de operación mínima de 22 psi.
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Caudal mínimo requerido por rociadores:
Qr = Nr x K x (P)0,5 = 15 x 16,8 x (22)0,5 = 1.181,98 gpm
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Caudal ajustado para rociadores:
Asumiendo que se diseñará un sistema de rociadores tipo “parrilla”, se ajusta el caudal para considerar las pérdidas por fricción;
Qra = 1,15 x 1.181,98 = 1.359 gpm
Como se ha indicado antes, al caudal de rociadores se debe agregar 100 gpm como concesión para chorros de manguera.
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Caudal total requerido:
Qt = 1.359 + 100 = 1.459 gpm
ESTIMACIÓN DE BOMBA CONTRA INCENDIO PARA ALMACÉN PROTEGIDO CON ROCIADORES ESFR
Los criterios de diseño para los rociadores ESFR están proporcionados en el capítulo 23 de la norma NFPA 13-2019. Para este ejercicio aplica la sección 23.5.
En la tabla 23.5.1 se indican cuatro (4) posibilidades de diseño para la clase de mercancías, la altura de almacenamiento y la altura del techo. Dependiendo del factor K del rociador, se establece la presión mínima de operación de los rociadores que se deben calcular.
Cualquiera que sea el rociador seleccionado se obtendrá prácticamente el mismo caudal (aproximadamente 100 gpm/rociador). Asumiendo que por las características del techo conviene que los rociadores sean montantes y que se quiere que la presión total requerida no sea muy alta, se selecciona un rociador con factor K = 16,8, que requiere una presión de operación mínima de 35 psi.
Con rociadores tipo ESFR, el área de diseño se conforma con 12 rociadores.
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Caudal mínimo requerido por rociadores:
Qr = Nr x K x (P)0,5 = 12 x 16,8 x (35)0,5 = 1.192,68 gpm
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Caudal ajustado para rociadores:
Asumiendo que se diseñará un sistema de rociadores tipo “parrilla”, se ajusta el caudal para considerar las pérdidas por fricción;
Qra = 1,15 x 1.192,68 = 1.372 gpm
Como se ha indicado antes, al caudal de rociadores se debe agregar 100 gpm como concesión para chorros de manguera.
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Caudal total requerido:
Qt = 1.372+ 100 = 1.472 gpm
DETERMINACIÓN DE LA RESERVA DE AGUA
Aunado a la demanda del sistema de rociadores está el volumen de agua que se debe reservar para incendios. La reserva de agua se determina según la duración del suministro de agua indicado en la tabla 20.12.2.6 de NFPA 13-2019.
OPCIÓN 1: PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMDA
- Duración del suministro: 120 minutos
- Volumen de agua requerido:
V.A. = 1.244 gpm x 120 min. = 149.280 galones = 565.025 litros
OPCIÓN 2: PROTECCIÓN CON ROCIADORES CMSA
- Duración del suministro: 90 minutos
- Volumen de agua requerido:
V.A. = 1.459 gpm x 90 min. = 131.310 galones = 497.008 litros
OPCIÓN 3: PROTECCIÓN CON ROCIADORES ESFR
- Duración del suministro: 60 minutos
- Volumen de agua requerido:
V.A. = 1.472 gpm x 60 min. = 88.320 galones = 334.291 litros
RESUMEN
De acuerdo a los cálculos realizados, se tienen las siguientes alternativas:
Como puede verse, la opción menos demandante es utilizando rociadores tipo CMDA; pero es la opción que requiere un mayor volumen de reserva de agua. Las opciones con rociadores tipo CMSA y ESFR presentan prácticamente la misma demanda; la diferencia es que la opción con rociadores ESFR requiere menos volumen de reserva de agua.
SELECCIÓN DE LA BOMBA CONTRA INCENDIO
Un aspecto que se puede tomar en cuenta cuando se selecciona una bomba contra incendio es que la norma NFPA 20 permite que la misma sea exigida hasta el 150% de su capacidad nominal, siempre y cuando la presión satisfaga el requerimiento del sistema. Una buena práctica es que la demanda de diseño esté en el rango del 90% al 140% del caudal nominal de la bomba.
En el presente ejercicio, puede afirmarse que una bomba de 1.000 gpm, la cual podría exigirse hasta 1.500 gpm, sería una buena selección para la protección con rociadores tipo CMDA, pero no para las otras 2 opciones, ya que habría muy poco margen entre el punto de operación y el caudal límite. Por tanto, para las opciones que utilizan rociadores tipo CMSA o ESFR lo sensato sería seleccionar una bomba con capacidad nominal de 1.250 gpm, la cual podría exigirse hasta 1.875 gpm.
En conclusión, si se utilizan rociadores tipo CMDA la bomba contra incendio podría ser de 1.000 gpm; los aspectos que se podrían considerar negativos es que se requieren rociadores entre-racks y que el volumen de reserva de agua es considerable. Si se utilizan rociadores tipo CMSA o ESFR la bomba contra incendio podría ser de 1.250 gpm. La selección final puede depender de factores tales como el costo total del sistema, la factibilidad de utilizar una u otra tecnología de rociadores, el espacio para el reservorio de agua y el volumen de agua a reservar, entre otros.
Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela
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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Excelente artículo
sus articulos son bastante didacticos
estare atento a sus proximos publicaciones
Una consulta; en Galeras que todavia no está definido su uso final, ya que son espacios vacios para alquilar, que consideracion de diseño se usa para definir la clase de mercancia?. La Galera estará cerca de un aeropuerto de carga y se usara para almacenamiento.
Gracias
Hola Edgar. Gracias por escribir.
En esos casos lo que se estila es diseñar para el «peor caso» contemplado en la norma de diseño; es decir, la situación más demandante que es posible esperar.
Hola una consulta? de donde obtiene usted el coeficiente 1,15 que usted multiplica al caudal por rociadores, usted lo considera como un coeficiente que ajusta las perdidas por fricción para un sistema tipo parrilla. Hay una tabla donde se pueden obtener esos coeficiente?
Hola Marcos. Gracias por escribir.
Ese factor es para considerar las pérdidas de presión, es decir, la ineficiencia del sistema. Cuando se realiza la corrida hidráulica siempre el caudal resultante será mayor al caudal estimado teóricamente; para sistemas tipo parrilla ese valor está entre 10 y 15%.
Hola mucha gracias por la respuesta, ese 10 y 15 % que menciona, sale de alguna tabla o como es que usted lo estima. Desde ya muchas gracias
HOLA, GRACIAS POR COMPARTIR EL CONOCIMIENTO.
UNA PREGUNTA: SI MI CALCULO DEMANDA UN GALONAJE DE 1950 GPM, ¿PODRÍA UTILIZAR UNA BOMBA DE 1500 GPM? GRACIAS
Hola Hugo. Gracias por escribir.
Por supuesto, siempre y cuando la bomba también satisfaga la demanda de presión.