INTRODUCCIÓN
Las normas NFPA 13 y NFPA 14 permiten el diseño e instalación de sistemas combinados de mangueras y rociadores contra incendios, en ocupaciones de riesgo ligero u ordinario (según NFPA 13), donde son requeridos ambos sistemas por algún código o reglamento, por ejemplo, en edificios de gran altura.
La norma NFPA 14, standard for the installation of standpipe and hose systems, define un sistema combinado como: “sistema de tubería montante que alimenta tanto conexiones de mangueras como rociadores automáticos”. Es decir, un sistema combinado de mangueras y rociadores es aquel donde las conexiones de manguera y los rociadores comparten tanto el suministro de agua como algunas tuberías, generalmente las tuberías montantes.
Instalar un sistema combinado conlleva a que el proyecto resulte más económico, por lo que es un concepto de diseño muy común. Que las mismas tuberías lleven agua tanto a las conexiones de manguera como al sistema de rociadores en cada piso de un edificio, puede resultar en un ahorro significativo.
CONEXIONES PARA MANGUERAS EN NFPA 13
La norma NFPA 13-2022, Standard for the Installation of Sprinkler Systems, contempla conexiones para manguera en la sección 16.15. Específicamente, en el parágrafo 16.15.2.1 se indica que, en ocupaciones de riesgo ligero u ordinario, se permite que se adjunten válvulas de manguera para uso de Bomberos en los montantes de sistemas de rociadores de tubería húmeda.
Estrictamente hablando, un sistema de rociadores que cumpla con el parágrafo antes señalado no necesariamente se puede considerar un sistema combinado. Las conexiones de manguera indicadas, aunque son para uso de Bomberos, pueden ser un componente del sistema de rociadores, exigido por la Autoridad Competente. En ese caso, esas conexiones no tienen un requerimiento específico de presión, y su finalidad es que sirva para que los Bomberos completen la extinción del incendio que ha sido controlado por los rociadores y para enfriamiento de los ambientes.
No obstante, la norma NFPA 13-2022, en el parágrafo 16.15.2.2, establece algunas condiciones aplicables cuando se trate de sistemas combinados, las cuales se indican a continuación:
- Cada sistema de rociadores conectado a una tubería montante que sea parte de un sistema combinado, debe tener una válvula de control individual y una válvula de retención del mismo diámetro que la conexión.
- Cada montante de un sistema combinado debe estar equipado con una válvula de control para permitir aislar una tubería de suministro a los rociadores sin interrumpir el suministro a otros rociadores desde la misma fuente.
En las siguientes imágenes se muestran opciones para satisfacer los requerimientos anteriores (fuente: NFPA 13).
PROPÓSITO DE LAS VÁLVULAS EN SISTEMAS COMBINADOS
El propósito de la válvula de control es poder aislar el sistema de rociadores del nivel respectivo y drenarlo para repararlo, sin tener que drenar o poner fuera de servicio todo el sistema combinado.
El propósito de la válvula de retención es mantener la presión en el sistema de rociadores de cada nivel del edificio. Además, si la tubería montante quedara fuera de servicio y debe drenarse, el agua se puede sacar sin tener que cerrar todas las válvulas de control en el sistema de rociadores en cada piso del edificio. Otra razón es evitar que todos los interruptores de flujo se activen cuando el sistema vuelva a ponerse operativo.
TAMAÑO MÍNIMO PARA MONTANTES EN SISTEMAS COMBINADOS
La norma NFPA 14-2019 establece lo siguiente para las tuberías montantes de sistemas combinados, en la sección 7.6:
- En edificios que tienen protección parcial con rociadores, los montantes deben tener un tamaño mínimo de 6”.
- Cuando el edificio esté completamente protegido por un sistema de rociadores automáticos aprobado, de acuerdo con NFPA 13 o NFPA 13R, el tamaño mínimo de los montantes debe ser de 4” para los sistemas diseñados hidráulicamente.
DEMANDA DE CAUDAL DE LOS SISTEMAS COMBINADOS
En un artículo anterior, se señaló que cuando la edificación está totalmente protegida con un sistema de rociadores aprobado, la demanda máxima del sistema de mangueras sería de 1.000 gpm, mientras que, si no hay protección por rociadores o la misma no es total, la demanda máxima del sistema de mangueras sería de 1.250 gpm.
Cuando se trata de un sistema combinado, es necesario conocer cómo se debe dimensionar el suministro de agua. Al respecto, también se toma en consideración si la edificación está totalmente protegida o no por el sistema de rociadores.
La norma NFPA 14 establece lo siguiente:
- Para un edificio protegido en su totalidad por un sistema de rociadores automáticos aprobado, la demanda del sistema de mangueras también debe permitirse para servir al sistema de rociadores.
- En un edificio protegido de acuerdo con NFPA 13 o NFPA 13R, el suministro de agua para el sistema combinado de rociadores y mangueras debe basarse en la demanda del sistema de rociadores (incluida cualquier asignación para chorros de manguera) o la demanda del sistema de mangueras, la que sea mayor.
- Para un sistema combinado en un edificio con protección parcial con rociadores automáticos, el caudal requerido por el sistema de mangueras debe incrementarse en una cantidad igual a la demanda de rociadores calculada hidráulicamente, o 150 gpm para ocupaciones de riesgo leve, o 500 gpm para ocupaciones de riesgo ordinario, el que sea menor.
La norma NFPA 13 establece lo siguiente:
Cuando se conectan válvulas de manguera para uso del cuerpo de bomberos a los montantes de sistemas de rociadores de tubería húmeda, se debe aplicar lo siguiente:
- No se requiere que la demanda del sistema de rociadores se agregue a la demanda del sistema de mangueras determinada según NFPA 14.
- Cuando la demanda combinada del sistema de rociadores y la asignación para chorros de manguera exceda los requerimientos de NFPA 14, se debe usar esta demanda más alta.
- Para edificios con protección parcial por rociadores, la demanda de rociadores, sin incluir la asignación para chorros de manguera, debe agregarse a los requerimientos proporcionados en NFPA 14.
Como puede observarse, y es lo esperable, las dos normas están alineadas y establecen, con variación en el lenguaje, los mismos requisitos para la demanda que debe considerarse para dimensionar el suministro de agua.
COMENTARIOS RESPECTO A LA DEMANDA DE LOS SISTEMAS COMBINADOS
El hecho de que en edificaciones con protección parcial por rociadores, el montante del sistema combinado debe tener un diámetro mínimo de 6”, está relacionado con la suma de las demandas de los dos sistemas.
Se asume que cuando la edificación está totalmente protegida por rociadores, no operarían los dos sistemas simultáneamente, por lo que bastaría con satisfacer el requerimiento del sistema más demandante.
Por otro lado, se asume que si la edificación no está totalmente protegida por rociadores, un incendio podría originarse en una zona sin rociadores y propagarse hacia las áreas protegidas, por lo que haría falta operar los dos sistemas simultáneamente.
Generalmente, la demanda del sistema de mangueras resulta mayor que la demanda del sistema de rociadores, por lo que es ese sistema el determinante para el suministro de agua.
EJEMPLOS DE DETERMINACIÓN DE LA DEMANDA EN SISTEMAS COMBINADOS DE ROCIADORES Y MANGUERAS:
- Supongamos una edificación de 15 niveles, con una ocupación clasificada como riesgo ordinario grupo 1, y que tiene 2 núcleos de escaleras de egreso. Se dotará de un sistema combinado, con conexiones de manguera Clase I y rociadores en todos los niveles y áreas (no se contempla asignación para chorros de manguera) ¿Cuál sería la demanda a considerar para el sistema?
- Supongamos que la misma edificación no cuenta con rociadores en todas las áreas ¿Cuál sería la demanda a considerar para el sistema?
En primer caso, la demanda del sistema de rociadores, considerando el gradiente hidráulico, podría alcanzar los 260 gpm. La demanda del sistema de mangueras sería 750 gpm, dada la existencia de dos montantes, uno en cada escalera de egreso. Entonces, de acuerdo a lo señalado anteriormente, la capacidad de la bomba debe satisfacer la demanda de 750 gpm.
En el segundo caso, habría que sumar los dos caudales, 260 gpm y 750 gpm, lo que resultaría en una demanda combinada de 1.010 gpm. Entonces, la capacidad de la bomba debe satisfacer esa demanda.
En ambas situaciones se podría seleccionar una bomba contra incendio listada con caudal nominal de 750 gpm.
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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Buenas noches ingeniero, muchas gracias por estar siempre al día y compartirlo con el resto. Si me permite, le hago una consulta:
En un proyecto de edificio de atención médica sin hospitalización (consultorios para evaluaciones de salud ocupacional) en 6 pisos y, un sótano de estacionamientos y una sola escalera presurizada, se va a instalar protección al 100% por rociadores combinado con un sistema de mangueras, entiendo entonces que el caudal a escoger sería el de mayor demanda que en este caso sería el de mangueras con 500 gpm.
Saludos cordiales
Hola Manuel. Gracias por escribir.
Efectivamente. Para seleccionar la bomba contra incendio se utilizaría sólo el caudal demandado por el sistema de mangueras.
Ingeniero Luis, un gusto, del ejemplo mencionado anteriormente, del edificio de 15 niveles, que cuenta con 2 montantes, a la primer montante se le asignarían 500gpm y a la segunda montante se le asignarían 250gpm más, para un total de 750gpm, mi pregunta es: estos 750gpm se calcularian 250gpm @ 100psi en montante 1 nivel 15, 250gpm @ 100psi en montante 1 nivel 14 y 250gpm @ 100psi en montante 2 piso 15, estoy en lo correcto?
Hola José Luis. Gracias por escribir.
En lo que respecta al caudal, son 250 gpm en la conexión de manguera más remota más 250 gpm en la siguiente conexión del montante más remoto; en el segundo montante se agregan 250 gpm, lo que suma 750 gpm. Ahora, en lo que respecta a la presión, se parte de 100 psi en la conexión más remota, se calculan las pérdidas por fricción hasta el punto de la segunda conexión, en base a 250 gpm; se agregan 250 gpm de la segunda conexión y desde allí se calculan las pérdidas por fricción, en base a 500 gpm, hasta el punto donde se conecta el segundo montante; se agregan 250 gpm y desde allí se calculan las pérdidas por fricción, en base a 750 gpm, hasta la brida de descarga de la bomba (o hasta el punto de conexión al suministro de agua). A las pérdidas por fricción se debe agregar la presión por elevación hasta la conexión más remota, para obtener la presión que debe suministrar la bomba.
Ingeniero Luis, muchas gracias por compartir su experiencia y conocimiento. Tenía una consulta: Para un edificio multifamiliar de 25 metros de altura, tiene 3 sótanos subterráneos. De acuerdo a norma nacional (Perú) se plantea protección al 100% por rociadores pero SOLO en estacionamientos. Los demás niveles serán protegidos por mangueras de 1.1/2″ (en gabinetes) y válvulas al pie de las montantes verticales de 2.1/2″. La consulta sería como se calcula la demanda de agua en este caso. Entiendo que sería un sistema combinado y parcialmente protegido? En ese caso podría darse la posibilidad que un incendio en el sótano suba de nivel al área no protegida con rociadores?
Hola Gustavo. Gracias por escribir.
Si existe separación física resistente al fuego entre los ambientes de los sótanos y la parte residencial, se pudiera considerar como si fuesen dos edificaciones. En ese caso se trataría de dos sistemas separados, no un sistema combinado propiamente dicho. Se debe calcular la demanda para cada sistema y utilizar la mayor para seleccionar la bomba y dimensionar la cisterna de agua.
Buenas noches Ing Saludos. Una pregunta, desde el punto de vista ingenieril, por que el sistema debe balancearse hidraulicamente en los nodos?
Hola Daniel. Gracias por escribir.
En los sistemas de extinción se deben balancear los nodos donde ocurre una derivación de flujo (excepto en los sistemas de mangueras, donde el balanceo es opcional). Cuando se realiza el cálculo hidráulico, en esos nodos convergen dos caudales, cada cual a una correspondiente presión. Pero en un nodo no pueden existir dos valores de presión; por lo tanto, la válida es la presión mayor. Eso quiere decir, que por la derivación por donde se obtuvo la presión más baja circularía un caudal mayor al obtenido en principio. Ese nuevo caudal hay que calcularlo y sumarlo al total. Si no se balancean esos nodos el caudal resultante del cálculo será menor que el realmente requerido.
Muchas gracias Ing Luis Ybirma excelente. Otra pregunta, las bombas contra incendio deben estar listadas para proporcionar el 150% de su capacidad nominal, lo que significa, en ese momento cuando un rociador se abre, se descarga el agua al estar instalado un sistema de tubería húmeda, la bomba de incendio se activa y a medida que disminuye el nivel de agua del tanque la presion tambien disminuye, de tal manera que ella proporcionara mas caudal cuando tenga menor presion? O en ese punto se activa la bomba jockey para elevar su presion y que proporcione su capacidad nominal del 100%?
Buenos días Ing Luis Ybirma,
¿Es posible conectar mangueras directamente a sistema de rociadores de tubería seca según la NFPA?
Muchas gracias.
Saludos.
Hola Jesús. Gracias por escribir.
No, no está permitido por NFPA 13.
Hola Daniel.
Te invito a repasar los artículos sobre bombas contra incendios publicados en este blog. Me parece que estás confundido con el desempeño de las bombas.