INTRODUCCIÓN
En el artículo anterior se expusieron, de manera general, aspectos concernientes a la protección contra incendio mediante sistemas de rociadores automáticos en ocupaciones de almacenamiento, considerando sobre todo el enfoque de la NFPA. En este se plantean ejemplos básicos de los procedimientos acerca de cómo calcular y estimar la demanda de agua de los sistemas de rociadores, según las diferentes alternativas de protección de almacenes que propone la norma NFPA 13.
PRIMERO Y PRINCIPAL…
Como se indicó en el post anterior, inicialmente, cuándo se requiere diseñar un sistema de rociadores para un almacén, es necesario responder las siguientes tres preguntas:
- ¿Qué se almacena?
- ¿Cómo se almacena?
- ¿Hasta qué altura se almacenan las mercancías (commodities)?
¿QUÉ SE ALMACENA?
La primera cuestión se refiere a la clasificación adecuada de las mercancías almacenadas. La norma NFPA 13-2016, en su Capítulo 5, sección 5.6, proporciona un conjunto de criterios y directrices para establecer esa clasificación, en función de los materiales incluidos en las unidades de almacenamiento (carga que incluye la paleta, mercancía, contenedor y el material de embalaje).
El desarrollo de un incendio en un área de almacenamiento depende del material, la facilidad de ignición, la tasa de propagación de la llama y la tasa de liberación de calor. Una pieza de metal almacenada sobre una paleta de madera presenta una baja amenaza de incendio; sin embargo, si la misma pieza se empaca dentro de una caja de cartón multi-capa, con material de embalaje de espuma de poliestireno expandido, el peligro de incendio aumenta considerablemente.
Para efectos de diseño y cálculos, las mercancías pueden catalogarse como: Clase I, Clase II, Clase III o Clase IV; o como Plásticos Grupo A. Bajo la designación de Plásticos Grupo A se tienen cuatro distintas clasificaciones: plástico no-expandido en cajas de cartón; plástico no-expandido expuesto; plástico expandido en cajas de cartón y plástico expandido expuesto.
(Este artículo trata sobre la clasificación de mercancías)
Otros tipos de mercancías cubiertas en NFPA 13 son: papel en rollos, neumáticos de caucho, algodón embalado y paletas de carga vacías.
Diferentes clases de mercancías requieren diferente protección.
¿CÓMO SE ALMACENA?
La segunda cuestión se refiere a cuál es la configuración del almacenamiento. Es decir, si el almacenamiento es sobre paletas, en pilas sólidas, dentro de cajas contenedoras, en anaqueles o en estanterías (racks). La disposición de las mercancías almacenadas afecta el potencial de propagación del fuego.
Cada arreglo de almacenamiento trae consigo desafíos propios para la protección contra incendios. La principal diferencia entre los arreglos de almacenamiento es la superficie expuesta de las mercancías. A medida que aumenta el área expuesta, la velocidad a la que se desarrolla el fuego aumenta.
En las áreas de almacenamiento se requieren pasillos para permitir el acceso mediante equipos de manejo de materiales. Para un máximo aprovechamiento del almacén, estos pasillos son normalmente lo más angostos posible y espaciados lo más lejos posible. Desde el punto de vista de la seguridad contra incendios, se prefieren pasillos amplios espaciados a intervalos cortos, dado que ellos permiten un mejor acceso a las áreas para operaciones manuales de supresión de incendios y actúan como cortafuegos entre pilas o estanterías de almacenamiento, lo que disminuye la probabilidad de propagación del fuego debido al calor radiante o al colapso de las pilas.
Diferentes configuraciones de almacenamiento requieren diferente protección.
¿CUÁL ES LA ALTURA DE ALMACENAMIENTO?
La tercera cuestión se refiere a conocer la altura hasta la cual se almacenan las mercancías y el espacio libre desde el tope de éstas hasta el deflector de los rociadores en el techo.
En general, mientras más alta sea la pila de almacenamiento, mayor será el desafío de control del fuego. Un almacenamiento más alto significa más superficie expuesta a quemarse y una mayor cantidad de combustible disponible. La velocidad de liberación de calor también será mayor a medida que aumente la altura del almacenamiento.
El espacio libre entre el tope de las mercancías y el deflector de los rociadores en techo es un aspecto de vital importancia ya que impacta el tiempo de activación, el desarrollo del patrón de la descarga de agua y la posibilidad de que las gotas lleguen hasta el combustible incendiado.
Los productos almacenados a una altura de 3,7 metros (12’) o menos se pueden proteger utilizando los criterios de ocupación para riesgos Ordinarios y Extras (capítulo 13 de NFPA 13-2016). Una vez que el almacenamiento excede los 3,7 metros (12’) de altura, las opciones de protección son diferentes (capítulos 14 al 20 de NFPA 13-2016).
CRITERIOS DE DISEÑO
Básicamente, la protección por rociadores de las ocupaciones de almacenamiento puede realizarse mediante tres enfoques básicos: modo control densidad/área (CMDA), modo control de aplicación específica (CMSA) y modo supresión (ESFR). Cada enfoque está asociado con diferentes tipos de rociadores. No existe un único «mejor» método para proteger una configuración de almacenamiento determinada. Cada diseño debe tomar en cuenta, entre otros factores, los objetivos de la protección, la altura y las características constructivas de la edificación, el desarrollo de las operaciones en el almacén, el suministro de agua y el costo total de la instalación.
EJEMPLOS DE PROTECCIÓN DE ALMACENES CON ROCIADORES
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Ejemplo 1:
Mercancía Clase II almacenada de forma paletizada, no encapsulada; hasta una altura de 5,50 metros (18’); la altura del techo es de 7,60 metros (25’).
En este caso aplica el Capítulo 14, Sección 14.2.4, de la NFPA 13-2016.
Opción 1-1: Protección con Rociadores CMDA
Para protección mediante rociadores spray se tienen dos alternativas para seleccionar el área de diseño y la densidad de descarga, según sea la temperatura de activación de los rociadores (ordinaria, intermedia o alta). Se utilizan las siguientes figuras:
Para rociadores son de temperatura ordinaria o intermedia aplican las curvas de la figura 14.2.4.1: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,232 gpm/pie2. Si los rociadores son de temperatura alta aplican las curvas de la figura 14.2.4.2: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,172 gpm/pie2.
Si el factor K de los rociadores es igual o mayor a 11,2 se pueden utilizar las curvas de la figura 14.2.4.2 sin consideración de la calificación de temperatura.
Las curvas de las figuras arriba indicadas se desarrollaron para una altura de almacenamiento de 6,1 metros (20’). Dado que la altura del almacenamiento en el ejemplo es menor a 6,1 metros (20’), se debe aplicar un factor de corrección de la densidad, en base a la gráfica mostrada en la siguiente figura:
En este ejemplo corresponde un factor de corrección de 86%. Es decir, la densidad de descarga obtenida de las curvas se multiplica por 0,86 y el resultado es la densidad a utilizar en los cálculos (siempre y cuando sea mayor o igual a 0,15 gpm/pie2, si no se utiliza éste valor). Una vez que se tiene la densidad a aplicar, se multiplica por el área de diseño y se determina la demanda de agua del sistema. Si se trata de un sistema de rociadores de tubería seca, el área de diseño se debe incrementar un 30%, sin modificación de la densidad.
En este ejemplo, para rociadores de temperatura ordinaria o intermedia, la densidad resultante sería: 0,232 x 0,86 = 0,2 gpm/pie2; para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,2 x 2000 = 400 gpm.
Para rociadores de temperatura alta, la densidad resultante sería: 0,172 x 0,86 = 0,148 gpm/pie2 (se debe utilizar 0,15 gpm/pie2); para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,15 x 2000 = 300 gpm.
Opción 2-1: Protección con Rociadores CMSA
Si la protección es mediante rociadores CMSA, se aplica la siguiente tabla:
Puede verse que se tienen 5 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores y si se trata de un sistema de rociadores de tubería mojada o seca. Para cada alternativa se especifica una cantidad de rociadores en el área de diseño y una presión mínima de operación de los rociadores. Con estos datos se puede calcular el caudal mínimo por cada rociador y estimar la demanda de agua del sistema.
En este ejemplo, para un sistema de rociadores de tubería mojada, con rociadores K = 16,8, el área de diseño debe contener 15 rociadores, con una presión mínima de operación igual a 10 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 16,8 x (10)0,5 = 53,13 gpm; es decir, que para 15 rociadores corresponde una demanda de: 15 x 53,13 = 797 gpm.
Opción 3-1: Protección con Rociadores ESFR
Si la protección es mediante rociadores ESFR, se aplica la siguiente tabla:
Para esta opción se tienen 4 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores. Para cada alternativa se especifica una presión mínima de operación de los rociadores. El área de diseño se configura con los 12 rociadores hidráulicamente más remotos, con 4 rociadores por ramal. Con estos datos se puede calcular el caudal mínimo por cada rociador y estimar la demanda de agua del sistema.
En este ejemplo, con rociadores K = 16,8, la presión mínima de operación de rociadores debe ser igual a 35 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 16,8 x (35)0,5 = 99,39 gpm; es decir, que para 12 rociadores corresponde una demanda de: 12 x 99,39 = 1193 gpm.
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Ejemplo 2:
Mercancía Clase IV almacenada en racks dobles abiertos, con pasillos de 2,4 metros; no encapsulada; hasta una altura de 4,90 metros (16’); altura del techo es de 9,15 metros (30’).
En este caso aplica el Capítulo 16, Sección 16.2, de la NFPA 13-2016.
Opción 1-2: Protección con Rociadores CMDA
Si la protección es mediante rociadores spray, se aplica la siguiente tabla para conocer cuál curva densidad/área seleccionar.
En la figura indicada en la tabla se presentan las dos alternativas para seleccionar el área de diseño y la correspondiente densidad de descarga, según sea la temperatura de activación de los rociadores (ordinaria, intermedia o alta).
Para rociadores son de temperatura ordinaria o intermedia aplica la curva F: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,57 gpm/pie2.
Si los rociadores son de temperatura alta aplica la curva E: para un área de diseño de 2000 pie2 corresponde una densidad de 0,495 gpm/pie2.
Si el factor K de los rociadores utilizados es igual o mayor a 11,2 se puede aplicar la curva E de la gráfica sin consideración de la calificación de temperatura.
Como se ha dicho antes, si la altura de almacenamiento es mayor o menor de 6,1 metros (20’), se debe aplicar un factor de corrección a la densidad de descarga, en base a la gráfica mostrada en la siguiente figura:
En este ejemplo corresponde un factor de corrección de 65%. Es decir, la densidad de descarga obtenida de las curvas se multiplica por 0,65 y el resultado es la densidad a utilizar en los cálculos. Una vez que se tiene la densidad a aplicar, se multiplica por el área de diseño y se determina la demanda de agua del sistema.
En este ejemplo, si aplica la curva F, la densidad resultante sería: 0,57 x 0,65 = 0,371 gpm/pie2; para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,371 x 2000 = 742 gpm.
Si aplica la curva E, la densidad resultante sería: 0,495 x 0,65 = 0,322 gpm/pie2; para un área de diseño de 2000 pie2, corresponde una demanda de: 0,322 x 2000 = 644 gpm.
Opción 2-2: Protección con Rociadores CMSA
Si la protección es mediante rociadores CMSA, se aplica la siguiente tabla:
Como puede verse, se tienen 3 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores. Para cada alternativa se especifica una cantidad de rociadores en el área de diseño y una presión mínima de operación de los rociadores.
En este ejemplo, para un sistema con rociadores K = 19,6, el área de diseño debe contener 15 rociadores, con una presión mínima de operación igual a 16 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 19,6 x (16)0,5 = 78,4 gpm; es decir, que para 15 rociadores corresponde una demanda de: 15 x 78,4 = 1176 gpm.
Opción 3-2: Protección con Rociadores ESFR
Si la protección es mediante rociadores ESFR, se aplica la siguiente tabla:
Para esta opción se tienen 4 alternativas, dependiendo del factor K y la orientación de los rociadores y para cada alternativa se especifica una presión mínima de operación de los rociadores. El área de diseño se configura con los 12 rociadores hidráulicamente más remotos, con 4 rociadores por ramal.
En este ejemplo, con rociadores K = 22,4, la presión mínima de operación de los rociadores debe ser igual a 25 psi. El caudal mínimo por cada rociador sería: 22,4 x (25)0,5 = 112 gpm; es decir, que para 12 rociadores corresponde una demanda de: 12 x 112 = 1344 gpm.
FINALMENTE…
Mediante estos ejemplos se pretende ilustrar, de manera general, algunos pasos a seguir durante el proceso de diseñar un sistema de protección por rociadores automáticos para ocupaciones de almacenamiento, específicamente para estimar la demanda de agua, tarea que no es tan sencilla como pudiera parecer.
La demanda estimada se debe incrementar un 10-30%, dependiendo del tipo de sistema y la configuración de las tuberías, para determinar el caudal del suministro de agua. Si existen conexiones de manguera, se debe agregar 500 gpm para rociadores CMDA y CMSA, y 250 gpm para rociadores ESFR; 100 gpm para las conexiones internas y el resto para las conexiones externas (si existen). La presión de suministro se determina mediante los cálculos hidráulicos.
Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela
Commodities in NFPA 13”.
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.
Excelente informacion, muchas gracias por compartilo. Lo felicito por su blog.
Saludos cordiales.
Tte (B) Arq. Dino Bilotta
Bomberos Anzoategui.
Muy buenas explicaciones.
Me gustaría trabajar o tener participación en su trabajo con usted.
Excelente articulo. Lo que ouedo entender de esto que lo que importa en los alamacenes es mas, el empaque, o sea si va en palets de madera, empacado en cajas de cartón, si se paletiza por ejemplo con film strench para dar firmeza al palet, erc. Que pasa con el contenido interno, por ejemplo botellas Polietileno, y dentro es etanol al 96% o un derivado como metnticol o bayrun se manejaría esa situación, y si se puede compartir, por ejemplo bidones 200 lt de polipropileno, los azules no recuerdo el material, y ahi viene el etanol, mas por ejemplo, aguas destilada, eucalipto, eso dicen las etiquetas delproducto, pregunto por que es interesante como sería, por que no sería maetriales de almacenaje, de producto terminado y de materia prima. dentro de clase II, creo que estarían en classe III o IV, de forma tal que cual sería sus sugerencias para tratar este tipo de asunto. Pude observa esto en una galera con 6.8m altura libre la de almacenaje, y la otra, separada por pared de bolques, de 8.3m , galera de proceso, planta baja de 4m para mezclado y envasado, y planta alta, con 4m , pero cielo raso en 3.2m, areas de materias primas de otras indoles, menos flamables, etiquetas(PET y de polietleno), batas y mascarillas, etc, y este articulo me hizo recordar, lo que acabo de mencionar. Tengo el resto de los datos por si le interesa, gustoso a sus ordenes. Me gusta leer esta pagina suya, muy instructiva, y ud aborda los temas muy bién, se agradece su atención, bendiciones ingeniero, saludos.
Hola Julián. Gracias por escribir.
En la protección de almacenes es importante tanto el producto como el embalaje, así como el tipo de paleta utilizada; todo se debe tomar en cuenta al momento de clasificar la mercancía. Igualmente, es importante la altura de almacenamiento, la forma de almacenar y la altura del techo del área.
Ahora, cuando se trata de sustancias combustibles o inflamables, debe valorarse la cantidad almecenada y su disposición; normalmente estas sustancias no se abordan bajo la norma NFPA 13, sino mediante la norma NFPA 30. Así mismo, si se trata de una planta de procesos o fabricación, cada área debe evaluarse para definir el criterio de protección a aplicar.
Si necesitas algún tipo de apoyo estoy a la orden.
Hola Ing. Luis Ybirma, una consulta con respecto al volumen de almacenamiento cual serían las consideraciones a tomar para dimensionar la cisterna de agua contra incendio con respecto a estos caudales.
Muchas gracias por sus artículos claros y precisos. Saludos cordiales
Hola Luis. Gracias por escribir.
Para obtener el volumen mínimo de reserva de agua para los sistemas de extinción se multiplica la demanda máxima por la duración estipulada según norma. Normalmente, a ese volumen hay que agregar un adicional dependiendo del tipo de bomba.
Has dado en el clavo con este articulo , realmente creo que este blog tiene mucho que decir en estos temas . Volveré pronto a vuestro blog para leer mucho más , gracias por esta información .