INTRODUCCIÓN
En el Capítulo 11, la norma NFPA 13-2016, “Standard for the Installation of Sprinkler Systems”, establece los enfoques de diseño (design approaches) para los sistemas de rociadores contra incendios, e indica que una edificación o parte de la misma puede ser protegida en concordancia con cualquier enfoque de diseño, a la discreción del diseñador (11.1.1).
ENFOQUES DE DISEÑO SEGÚN NFPA 13
El objetivo principal del diseño es determinar la demanda máxima esperable del sistema de rociadores contra incendios (caudal y presión). En ese sentido, la NFPA 13-2016 establece que los requerimientos de la demanda de agua para un sistema de rociadores debe ser determinada de acuerdo a:
- Enfoque de control de incendios por riesgo de ocupación y enfoques de diseño especial del Capítulo 11.
- Enfoques de diseño de almacenaje del Capítulo 12 al Capítulo 20.
- Enfoques para ocupaciones especiales del Capítulo 22.
En este artículo se tratarán los métodos de diseño contemplados en el Capítulo 11.
Según NFPA 13, la demanda del sistema se pueden determinar ya sea por el método de Diseño por Tablas (pipe schedule), de acuerdo con la Sección 11.2.2, o por los métodos de cálculo hidráulico, de acuerdo con la Sección 11.2.3. Es de resaltar que los aspectos y métodos de diseño de la Sección 11.2 son aplicables sólo para los rociadores standard (tipo spray).
MÉTODO DE DISEÑO POR TABLAS (PIPE SCHEDULE)
El método pipe schedule es la manera más antigua para determinar los tamaños de tubería de los sistemas de rociadores contra incendios. Este método ofrece un medio simple para determinar el tamaño adecuado de las tuberías de un sistema de rociadores.
EVOLUCIÓN DEL DISEÑO POR TABLAS DE TUBERÍAS
En noviembre de 1891, la “Associated Factory Mutual Insurance Company” (actualmente FM Global) emitió la primera guía de instalación de sistema de rociadores automáticos, titulada “Location and Spacing for Automatic Sprinklers”.
El diseño de los sistemas de rociadores se basó en un catálogo (schedule) de tuberías, donde el tamaño de una tubería dada dependía de la cantidad de rociadores ubicados “aguas abajo”. Al prescribir un número máximo de rociadores por cada tamaño de tubería, se controlan las pérdidas de presión por fricción que ocurren cuando el agua fluye.
APARICIÓN DE LA NORMA NFPA 13
En 1896, NFPA publicó la primera norma de rociadores contra incendios (NFPA 13). En la misma se prescribió el catálogo (schedule) de instalación de tuberías, que identificaba la cantidad máxima de rociadores que podía alimentar una tubería de tamaño determinado. El primer pipe schedule fue el sistema 1-2-4, en el cual, una tubería de ؾ” podía alimentar un rociador, una tubería de Ø1” podía alimentar 2 rociadores y una tubería de Ø1¼” podía alimentar 4 rociadores.
REVISIONES AL MÉTODO PIPE SCHEDULE EN LA NORMA NFPA 13
En 1905, NFPA revisó el método pipe schedule, el cual pasó a llamarse sistema 1-2-3. Comenzando con la tubería de Ø1¼”, se redujo la cantidad máxima de rociadores permitidos por tamaños de tuberías, lo que mejoró el rendimiento hidráulico del sistema de rociadores.
Otra revisión importante del método pipe schedule ocurrió en 1940 cuando la norma NFPA 13 creó una diferenciación en el riesgo de ocupación. Se establecieron 3 clasificaciones de riesgo de ocupación, cada una con su propio pipe schedule: riesgo Ligero, riesgo Ordinario y riesgo Extra. Con este cambio, la norma reconoció que algunas ocupaciones requieren un sistema de rociadores más robusto que otras, y que en las ocupaciones de menor riesgo los incendios se pueden controlar con una menor descarga de agua.
La norma de 1940 eliminó el uso de tubos de ؾ” y creó el sistema pipe schedule 2-3-5 para riesgo Ordinario. Se requirió que los dos últimos tramos de tubo en un ramal de rociadores debían ser de al menos Ø1”.
En 1953, se estableció un nuevo pipe schedule. No hubo cambios en el correspondiente a riesgo Extra, pero para riesgo Ordinario se introdujo el tubo de Ø8” y se permitió hasta 400 rociadores en un solo montante. Antes, los montantes y tuberías más grandes eran de Ø6”, y los sistemas tenían 275 rociadores o menos. El mayor cambio fue en el pipe schedule para riesgo Ligero. Se disminuyó la cantidad de rociadores en tuberías de Ø2½” y se limitó la cantidad de rociadores en tuberías de Ø3” y Ø3½”, que en el schedule de 1940 era ilimitada.
RESTRICCIONES AL MÉTODO EN LA NORMA NFPA 13
En 1991, NFPA 13 puso severas restricciones al método pipe schedule. Lo prohibió para todos los sistemas de rociadores nuevos que protegieran riesgos Extra. Para ocupaciones de riesgo Ligero y Ordinario se limitó el tamaño de la edificación a proteger y se aumentó el requerimiento de suministro de agua si la edificación es más grande.
EL DISEÑO POR TABLAS EN LA ACTUALIDAD
Actualmente, NFPA 13-2016 permite el método de diseño pipe schedule para las siguientes situaciones:
- Adiciones o modificaciones a sistemas pipe schedule existentes (incluyendo ocupaciones de riesgo Extra).
- Sistemas nuevos en edificaciones de 465 m2 (5.000 pie2) o menos.
- Sistemas nuevos en edificaciones de más de 465 m2 (5.000 pie2) donde los flujos requeridos en la Tabla 11.2.2.1 están disponibles a una presión residual mínima de 50 psi (3,4 bar) en el rociador más elevado.
Para determinar los requerimientos de suministro de agua mediante el método pipe schedule, NFPA 13-2016 proporciona la Tabla 11.2.2.1, que se muestra a continuación:
Respecto a esta Tabla:
- La presión residual mínima requerida según la ocupación es en el rociador más elevado del sistema.
- El valor menor de caudal aceptable en la base del montante aplica cuando el edificio es de construcción no combustible, o las áreas potenciales de incendio están limitadas por el tamaño del edificio o la compartimentación, de modo que las áreas abiertas no exceden 280 m2 (3.000 pies2) para riesgo Ligero o 370 m2 (4.000 pies2) para riesgo Ordinario. El caudal incluye la concesión para conexiones de manguera (ver artículo en este enlace).
- El menor valor de duración del suministro de agua se permite cuando se provee un servicio de alarma de flujo de agua a una estación central o remota.
La presión total necesaria en la base del montante del sistema diseñado mediante el método de pipe schedule se obtiene sumando a la presión residual mínima requerida en el rociador más elevado las pérdidas por elevación (0,433 psi/pie).
TABLAS PARA ENFOQUE DE DISEÑO POR PIPE SCHEDULE
Como se ha dicho, mediante el método de pipe schedule las tuberías del sistema se dimensionan en base a la cantidad de rociadores localizados “aguas abajo” en el tubo considerado. En la Sección 23.7 de NFPA 13-2016 se presentan las tablas a utilizar en el diseño de los sistemas mediante este método; las mismas se muestran a continuación:
Siguiendo las tablas, un tubo de acero de Ø1” puede alimentar máximo 2 rociadores; un tubo de Ø1¼” puede alimentar máximo 3 rociadores; un tubo de Ø1½” puede alimentar máximo 5 rociadores; y así sucesivamente.
Para el riesgo Ligero, la cantidad de rociadores para tuberías de Ø4” está limitada por el área máxima a proteger por un sistema de rociadores, establecido en la Sección 8.2 de NFPA 13-2016, es decir, 4.830 m2 (52.000 pie2); lo mismo aplica para riesgo Ordinario pero para tuberías de Ø8”.
MÉTODOS DE CÁLCULOS HIDRÁULICOS
El método de diseño pipe schedule no tiene en cuenta el suministro de agua disponible para el sistema de rociadores contra incendios, ni permite flexibilidad cuando aumenta el riesgo de ocupación.
NECESIDAD Y DESARROLLO DE CÁLCULOS HIDRÁULICOS
A comienzos de la década de 1950 los cambios en las prácticas industriales demostraron las limitaciones del método pipe schedule. En ese momento concurrió (1) un mayor uso de estructuras de acero en las construcciones, (2) la invención del montacargas elevador y (3) un incremento en el uso de materiales plásticos.
LAS INNOVACIONES INCREMENTAN EL RIESGO DE INCENDIO
El uso de acero permitió construir edificios más altos. Dado que los incendios industriales pueden alcanzar temperaturas elevadas, a las cuales el acero se debilita, se crea una condición en la que la estructura de un edificio podría colapsar, incluso cuando se proporciona protección con rociadores al nivel del techo.
La invención del montacargas elevador permitió aumentar la altura de almacenamiento, que antes de la década de 1950 era sólo de 2,0 a 2,4 m (6 a 8 pies). Adicionalmente, la mayoría de los productos en las áreas de almacenamiento hasta ese momento consistían en combustibles ordinarios. La introducción de materiales plásticos aumentó el riesgo de incendio, ya que el calor de la combustión de éstos es mayor que el de otros combustibles comunes.
FACTORY MUTUAL AL RESCATE
En vista de las innovaciones antes señaladas, FM Global llevó a cabo una investigación que dio lugar a dos cambios importantes en la protección contra incendios. El primero fue la introducción del rociador pulverizador (spray), modificando el deflector para descargar casi toda el agua hacia el suelo en forma parabólica (los rociadores anteriores descargaban más o menos 50% del agua hacia el techo).
El segundo cambio importante fue la introducción del concepto de diseño de densidad/área. Este concepto identificó una tasa específica de flujo por rociador para todos los rociadores que operan dentro de un área concreta. A diferencia del método pipe schedule, el concepto de densidad/área requiere que se evalúe el suministro de agua para verificar que pueda proporcionar el caudal y la presión necesarios.
Inicialmente los cálculos hidráulicos se realizaban “a mano” principalmente, por lo que los sistemas de rociadores se diseñaban tipo «árbol” mayormente. En la década de 1980, con la aparición de la computadora personal y los programas de cálculo, se tuvo la capacidad para realizar análisis hidráulicos de los sistemas y se volvieron más frecuentes los sistemas tipo «lazo» y tipo «parrilla» o «malla”.
CRITERIOS DE DISEÑO CON CURVAS DENSIDAD/ÁREA
Según NFPA 13-2016, los cálculos hidráulicos para determinar la demanda de agua del sistema de rociadores deben ser realizados mediante uno de los siguientes criterios, a discreción del diseñador:
-
De acuerdo con el método densidad/área de 11.2.3.2
-
De acuerdo con el método cuarto de diseño de 11.2.3.3
-
Áreas de diseño especial de acuerdo con 11.2.3.4
En los tres casos se utilizan las Curvas Densidad/Área, las cuales se muestran a continuación:
Figura 11.2.3.1.1 de NFPA 13-2016
Como puede observarse, en la figura se representa la densidad de descarga desde los rociadores, expresada en gpm/pie2 (lpm/m2), versus el área de operación de los rociadores, expresada en pie2 (m2). Las líneas representan múltiples puntos de diseño para cada clase de riesgo de ocupación; a cada punto corresponde un área donde se presume que operarán los rociadores y que descargarán un determinado caudal de agua.
(En este enlace puede ver un artículo relacionado con las curvas Densidad/Área)
De la gráfica Densidad/Área se destaca que es muy importante en el proceso de diseño de los sistemas de rociadores determinar de la manera más precisa posible el riesgo de ocupación, en vista de que si esto no se realiza adecuadamente tal vez el sistema no pueda ser efectivo en el control de incendios, dado que la densidad de descarga podría ser menor que la requerida.
(En este enlace puede ver un artículo relacionado con la clasificación de riesgo de ocupación)
Diseño Mediante Método Densidad/Área
Una vez determinado el riesgo de ocupación y propuesta la disposición de los rociadores y las tuberías de acuerdo con los requisitos de la norma, el diseñador del sistema puede seleccionar un Área de Diseño en el eje vertical de la gráfica.
Después de seleccionar el Área de Diseño, lo siguiente es proyectar sobre la línea del riesgo de ocupación apropiada y luego proyectar hacia el eje horizontal para obtener la densidad de descarga requerida; cualquier punto a la derecha también es aceptable.
Puede notarse en la gráfica que a áreas más pequeñas corresponden densidades más altas y viceversa.
Las densidades más altas generalmente darán como resultado tuberías ramales de mayor diámetro, pero tuberías principales de menor diámetro y menor requerimiento de suministro de agua. Aunque una mayor densidad también requiere una mayor presión, generalmente es más efectiva para el control del fuego y se espera que lo confine a un área más pequeña.
Al seleccionar un área de diseño pequeña generalmente resulta un sistema de rociadores más económico. El área de diseño es independiente del tamaño de la edificación. La característica básica es que debe ser la zona “hidráulicamente más demandante” del sistema.
(En este enlace puede ver un artículo relacionado con el Área de Diseño)
Dentro del área de diseño se incluye una cantidad de rociadores. Teóricamente, cada rociador cubre una cierta “área de protección”, que es el área de piso sobre la cual se asume que el rociador descargará, para propósitos del cálculo. El caudal requerido desde un rociador es determinado por esa área “cubierta” multiplicada por la densidad de descarga.
(En este enlace puede ver un artículo relacionado con el Área de Cobertura de Rociadores)
Resumiendo, el proceso de cálculo hidráulico mediante el método Densidad/Área comienza seleccionando un área de diseño, que junto con la clasificación de riesgo nos da una densidad de descarga, la cual debe ser garantizada por el suministro de agua para todos los rociadores incluidos en el área de diseño.
(En este enlace puede ver un artículo relacionado con Cálculo Hidráulico de Rociadores)
Diseño Mediante el Método del Cuarto
La asunción del método de cuarto de diseño es que la cantidad de rociadores que se abrirán en un incendio estará limitada a la cantidad de rociadores en el cuarto considerado. Este método aplica para todas las clasificaciones de riesgo. Cuando se opta por este enfoque, el diseñador debe usar el cuarto más demandante hidráulicamente en términos de suministro de agua y presión.
Para que el fuego se contenga en el cuarto, las paredes perimetrales deben proveer una calificación de resistencia al fuego igual a los requerimientos de duración de suministro de agua de la Tabla 11.1.3.1.2 de NFPA 13 para el riesgo aplicable.
Las aberturas del cuarto deben protegerse como sigue:
- Riesgo Ligero: con puertas auto-cerrantes; no necesitan ser calificadas. Si las aberturas no están protegidas, los cálculos deben incluir además de los rociadores en el cuarto, dos rociadores en cada espacio comunicado, a menos que dicho espacio tenga un solo rociador.
- Riesgo Ordinario y Extra: Las aberturas deben protegerse con puertas auto-cerrantes con resistencia al fuego apropiada para el recinto.
Donde el área en consideración es un corredor o pasillo protegido por una fila de rociadores, con aberturas protegidas, debe calcularse un máximo de cinco rociadores o, cuando se instalan rociadores de cobertura extendida, todos los rociadores contenidos dentro de 23 metros (75 pies) del corredor. Si el riesgo es Ligero, las aberturas pueden ser no protegidas.
Si existe un corredor, el diseñador tiene que calcular la habitación más grande, así como los cinco rociadores en el corredor para determinar cuál de las dos áreas requiere un mayor suministro de agua.
La densidad de descarga a seleccionar debe ser aquella de la figura 11.2.3.1.1 de NFPA 13 que corresponde a la clase de riesgo y el tamaño del cuarto. Si el cuarto es más pequeño que las áreas especificadas en la figura, se selecciona el área menor permitida según el riesgo.
Por lo general, solo tiene sentido utilizar el método de cuarto de diseño en situaciones en las que el edificio está muy compartimentado y la cantidad de rociadores en el cuarto más exigente es menor a los que se calcularían mediante el método Densidad/Área.
Diseño Mediante Áreas de Diseño Especial
Donde un área es protegida por una sola línea de rociadores, el área de diseño debe incluir todos los rociadores hasta un máximo de siete. Este método aplica a todas las clases de riesgo y a espacio tales como un corredor interior o una plataforma de carga exterior.
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, me interesa el tema.
Ya tenemos la norma NFPA13 2019 en español quería saber cuales son las variaciones respecto a la norma NFPA13 2016
Hola Alex.
En la edición 2019 no hay variaciones de fondo en lo que se refiere a los métodos de diseño mencionados en el artículo. Hay variaciones de forma; se reorganizó la información; por lo que los numerales ya no coinciden. Pero la teoría es la misma.
Hola buenas tardes, que pasa si tengo un edificio de 6 niveles cada uno dividido por 7 oficinas con sus respectivos pasillos, todos los cuartos deben considerarse el diámetro de la tubería como si ahí pudiera suceder un conato de incendio?
-El riesgo es Leve.
-Todas las divisiones son menores a 140m2.
-Como diseñador estoy utilizando (16m2) por rociador.
Esto quiere decir que todos las divisiones llevarán menos de 9 rociadores que es el máximo de rociadores con el cálculo de densidad/área. Pero el diámetro de la tubería principal seria para máximo esos 9, es correcto?
gracias por su aporte.
Hola Jesús. Gracias por escribir.
Si todos los niveles y ambientes son iguales, se diseña para el nivel y área más demandante y se repite el patrón en los demás niveles.
Gracias por el artículo.
Hola buenos días, necesito con urgencia la norma nfpa 13 más actualizada o una de las más actualizadas, por favor si posee alguna le agradecería. Estoy diseñando un sistema contra incendios como tesis y me urge la norma. Solo consigo la edición 2007. carlosddel07@gmail.com
una consulta cuando la sala de bombas se encuentra a 30m de distancia del edificio a proteger la alimentacion de cañeria de rociadores y de mangueras debe ser independiente desde la impulsion o se puede salir con un solo ramal y separar los circuitos al ingreso del edificio a proteger. no encontre en la norma esta aclaracion
Hola Oscar.
Ese aspecto queda a criterio del diseñador del sistema.
Estimado
Siempre se habla de los sistemas en bucle y malla. Es cierto que estos al ser aplicados dan el doble de sprinkler a instalar? Ejemplo en riesgo ordinario una cañería de 2 1/2″ da para 20 sprinkler, en sistemas bucle o malla dan 40 sprinkler?
Hola David. Gracias por escribir.
La cantidad de rociadores que puede alimentar una cañería de un diámetro dado no está preestablecido (a menos que estés diseñando por tabla, un método que es obsoleto), ya se trate de un sistema tipo «árbol», «lazo» o «malla». Lo correcto es optimizar los diámetros de las cañerías con el cálculo hidráulico del sistema.
Hola, mi duda es en el caso de tener un sistema mixto de rociadores dentro de cierto lugar y fuera BIEs, el volumen que debería usar para el dimensionamiento del almacenamiento debería sumar los volúmenes que me den tanto en la parte de rociadores y lo de los BIEs? O debería usar el mayor de estos dos. Porfavor agradezco su respuesta
Hola Edison. Gracias por escribir.
Normalmente la normativa local o la Autoridad Competente señalan cómo determinar el volumen de la reserva de agua. Ahora bien, la NFPA establece que para sistemas combinados, si la protección por rociadores es total, se debe utilizar la demanda mayor de los 2 sistemas; si la protección por rociadores es parcial, se debe utilizar la suma de las dos demandas.
Hola, Tengo una duda, en un proyecto de instalaciones de rociadores para un centro comercial tipo galería, donde venden productos de ferretería, plasticos y componentes para construccion, el diseñador consideró el fujo de bombeo (de diseño) para la activación de 12 rociadores como maximo (aun cuando en la galeria hay alrededor de 150 rociadores en dos niveles). En la NFPA no especifica cuanto es la cantidad maxima permitida. Quisiera que me indicaras bajo que criterio o cual sería el caudal maximo permitido ?
Hola Danny.
Las normas NFPA establecen cuáles son los métodos de cálculo a aplicar para sistemas de rociadores, dependiendo principalmente de la ocupación o la actividad desarrollada en la edificación. Para rociadores no existe algo así como un «caudal máximo permitido». Lo que se obtiene con los cálculos es la demanda máxima del sistema, pero no existe un tope. Si el diseñador determinó un caudal siguiendo las pautas de la norma y los preceptos de la buena práctica no hay porqué poner en duda los resultados. Otro asunto sería si observas que el diseñador actuó negligentemente, en cuyo caso sí habría que hacer un reclamo.
Si requieres algún tipo de asesoría o capacitación personal sobre este tema, estoy a la orden.
si ya tengo la densidad como escoger el rociador?
Hola Jorge Alberto. Gracias por escribir.
Esa es una pregunta demasiado general. La respuesta es: depende… Hay una gran variedad de rociadores, que se pueden escoger dependiendo de lo que se va a proteger, las característícas de la edificación y otras condiciones. Por ejemplo, para almacenamientos tienes 3 opciones, y dentro de esas 3, todavía puedes discriminar.
¿Qué estás protegiendo específicamente?
Buenas tardes estimado ingeniero.
Mi consulta es la siguiente, se tiene entendido que un sistema de rociadores debe funcionar como máximo a 175 psi, con respecto a que presión se debe medir, la máxima presión de la bomba?? o la presión nominal.
Quedo atento
Hola Gianfranco. Gracias por escribir.
El límite de 175 psi tiene que ver con la presión de trabajo de los dispositivos y elementos del sistema, los rociadores entre ellos… Pero no es que el sistema deba funcionar como máximo a 175 psi.
Por supuesto, en el diseño del sistema de rociadores deben considerarse muchos aspectos, y uno es que la presión de trabajo de los dispositivos a instalar esté en concordancia con la bomba requerida. Si la «presión de cierre» de la bomba seleccionada sobrepasa los 175 psi, los dispositivos deben ser para una presión mayor. En todo caso, siempre que sea posible, se debe tratar de bajar la demanda de presión del sistema, en la etapa de diseño. Cuando no es posible, queda la opción de utilizar válvulas reguladoras de presión.
La presión máxima la va a generar la bomba cuando funcione a caudal cero, lo que se conoce como «presión de cierre», y si existe alguna presión positiva en la succión hay que tomarla en cuenta.
Hola, tengo una consulta. En el metodo cuarto de diseño dice que «el diseñador debe usar el cuarto que es el mas demandante hidraulicamente en terminos de suministros de agua y presion «, como se logra saber eso antes de aplicar el metodo?
Hola Juan David. Gracias por escribir.
Cuando se tienen cuartos, generalmente, el más demandante hidráulicamente es el que tiene más rociadores instalados (si todos los rociadores son del mismo K), o el que está más alejado del suministro de agua… En todo caso, si no se puede deducir «a simple vista», debes realizar el cálculo en todos los cuartos «sospechosos» y de esa manera determinar fehacientemente cuál es el de mayor demanda.
Sí requieres información adicional al respecto, o sobre cualquier otro tema, escríbeme por e-mail o por Whatsapp.
Buenas noches
En el caso de una bodega de fertilizantes como que tipo de mercancia se califica el almacenamiento
Hola Jhon. Gracias por escribir.
Ese producto está fuera del alcance de la clasificación de mercnacías de la norma NFPA 13. Debes consultar el código NFPA 400 sobre materiales peligrosos.