Instalación | CPVC Blazemaster | CPVC Fire Protection Pipe
En el diseño de sistemas de aspersores contra incendio, los requisitos que deben cumplirse respecto al suministro de agua están establecidos en la norma NFPA 13D, para usos residenciales.
El objetivo de la instalación de este tipo de sistemas es específico: tienen como fin salvaguardar la vida al mantener las condiciones aptas para garantizar la supervivencia en las áreas cercanas al punto de origen de un incendio al evitar que se alcance la combustión repentina que incrementa los niveles de humo y monóxido de carbono.
Especificaciones del requerimiento de agua para sistemas contra incendio
La norma establece como aspectos necesarios:
- Debe existir al menos una fuente de suministro automático de agua en el sistema.
- La reserva mínima de agua almacenada debe ser igual a la demanda de la instalación, multiplicada por 10 minutos. Si la estructura tiene menos de 186 m2 y es de un solo piso, podrá reducirse a la demanda multiplicada por 7 minutos.
Cálculos de dimensionamiento de tuberías en sistemas de aspersores contra incendio
Los diámetros de las tuberías que se utilizan en la instalación de sistemas de rociadores contra incendios se definen mediante cálculos destinados a verificar que se proporciona suficiente caudal y presión de agua a los aspersores, tomando en consideración las pérdidas por fricción en el flujo del líquido y los cambios de elevación entre el sistema de suministro y los rociadores con mayor exigencia.
En sistemas con tubería de acero, el diámetro mínimo aprobado por la norma que mencionamos es de 1”; con otros materiales de tubería se utiliza un diámetro mínimo de ¾” y en sistemas tipo “red” incluso se permite el uso de tuberías de ½”.
El dimensionamiento se realiza utilizando diferentes técnicas:
Método de cálculo simplificado
Sólo es posible utilizarlo para conexiones a una tubería matriz del sistema público de agua, con un diámetro de al menos 4”, en sistemas tipo árbol.
Método prescriptivo
Se realiza el dimensionamiento de tubería determinando la presión disponible para compensar las pérdidas por fricción; en este caso toda la tubería debe ser del mismo diámetro y no se aplica para tubos de acero.
Procedimiento de cálculo hidráulico por NFPA13
En la norma NFPA 13 se contemplan los cálculos por el método de “Catálogo de Tuberías” (“Pipe Schedule”) y los métodos de cálculos hidráulicos de “Densidad/Área” y “Cuarto de Diseño”.
Método de “Catálogo de tuberías”
El método de “Catálogo de Tuberías” o “Pipe Schedule” es la manera más antigua para definir los diámetros de tubería en sistemas de rociadores.
Su aplicación comenzó en 1891, cuando FM Global, en ese entonces con el nombre “Associated Factory Mutual Insurance Company”, publicó la primera guía de instalación de sistema de rociadores automáticos, bajo el nombre “Location and Spacing for Automatic Sprinklers”. Su diseño de sistemas de rociadores tomaba como base un catálogo en el que el tamaño de las tuberías dependía de la cantidad de rociadores que se instalaban. Al superar un número máximo de rociadores por cada tamaño de tubería, se controlan las pérdidas de presión causadas por la fricción del agua que fluye.
En 1896, la NFPA publicó su primera norma relacionada con aspersores contra incendios. En el documento se identificaba la cantidad máxima de rociadores que podían recibir suministro de agua a través de una tubería de tamaño definido. En el primer catálogo al respecto, NFPA indicaba que una tubería de ¾” podía alimentar un rociador, una tubería de 1” podía alimentar 2 rociadores y una tubería de 1¼” podía alimentar 4 rociadores.
NFPA hizo revisiones de este método en 1905, cuando redujo la cantidad máxima de rociadores permitidos por tamaño de tuberías desde el diámetro 1 ¼”, para mejorar el rendimiento hidráulico de los sistemas; en 1940 comenzó la diferenciación del riesgo de ocupación, con las clasificaciones de Riesgo Ligero, Riesgo Ordinario y Riesgo Extra, y recomendaciones de tamaño de tuberías para cada uno.
En la norma se reconoció que algunas ocupaciones requieren un sistema de rociadores más robusto, mientras que en las ocupaciones de menor riesgo se pueden controlar los incendios con menor descarga de rociadores.
En 1953 se estableció un nuevo documento con cambios para sistemas de riesgo Ordinario, en los que se introdujo el tubo de 8” y se permitió usar hasta 400 rociadores en un solo montante para casos especiales. Antes de eso, los montantes y tuberías de 6” eran los más grandes, y los sistemas tenían 275 rociadores o menos.
El mayor cambio fue para Riesgo Ligero: hubo una mejora en las características hidráulicas al disminuir la cantidad de rociadores en tuberías de 2 ½” y limitar la cantidad de rociadores en tuberías de 3” y 3 ½”, que en el material de 1940 era ilimitada.
Para 1991, la NFPA 13 impuso restricciones al método y lo prohibió para todos los sistemas nuevos que protegieran riesgos Extra. Para ocupaciones de riesgo Ligero y Ordinario se limitó el tamaño de los edificios en los que se puede utilizar y se aumentó el requerimiento de suministro de agua si la edificación es más grande.
El método de “Catálogo de tuberías” es cada vez menos utilizado desde que se desarrollaron los cálculos hidráulicos. Sin embargo, actualmente NFPA 13 permite el método de “Pipe Schedule” para casos puntuales:
- Adiciones o modificaciones a sistemas “Pipe Schedule” existentes (incluyendo ocupaciones de riesgo Extra).
- Sistemas nuevos en edificaciones de 465 m2 o menos.
- Sistemas nuevos en edificaciones de más de 465 m2 donde los flujos requeridos están disponibles a una presión residual mínima de 50 psi en el rociador más elevado.
Método de cálculo hidráulico “Densidad/Área”
El método “Densidad/Área” se comenzó a utilizar junto con el de “Cuarto de Diseño” porque el método derivado del diámetro de las tuberías no tenía en cuenta el suministro de agua disponible para el sistema de rociadores automáticos, ni permitió flexibilidad cuando aumentaron los riesgos de ocupación.
FM Global realizó una investigación en la década de 1950 que dio lugar a dos cambios importantes en la protección contra incendios: la introducción del rociador automático de aspersión, en el que se modificaba el deflector para descargar casi toda el agua hacia el suelo en forma parabólica (los rociadores anteriores descargaban cerca de 50% del agua hacia el techo) y la introducción del concepto de diseño de Densidad/Área.
El concepto definió una tasa específica de flujo por rociador para todos los rociadores que operan en un área indicada. En contraste con el método “Pipe Schedule”, el concepto de “Densidad/Área” requiere que se evalúe el suministro de agua para verificar que sea posible proporcionar el flujo y la presión necesarios.
Según NFPA 13, con el método “Densidad/Área”, al determinar el riesgo de ocupación y proponer la disposición de los rociadores y las tuberías de acuerdo con los requisitos de flujo de agua, que se aplican para determinadas estructuras de almacenamiento de materiales (figura 1).
Para modificaciones de sistemas existentes y de acuerdo con las clasificaciones de riesgo, el diseñador del sistema podrá seleccionar un Área de Diseño en el eje vertical de la gráfica. Para cada clasificación de riesgo hay especificaciones por las que el diseñador del sistema de aspersores contra incendios debe guiarse:
Figura 1. Requerimiento de suministro de agua según el flujo de agua disponible
A – Racks de una o dos filas con pasillos de 8 pies (2.4 m) y rociadores de alta temperatura.
B – Racks con pasillos de 4 pies (1.2 m) y rociadores de alta temperatura.
C – Racks con pasillos de 8 pies (2,4 m) y rociadores comunes.
D- Racks con pasillos de 4 pies (1.2 m) y rociadores de techo comunes.
E – Racks con pasillos múltiples de 8 pies (2.4 m) o más anchos y rociadores de alta temperatura.
F – Racks con pasillos múltiples de 8 pies (2.4 m) o más anchos y rociadores comunes.
Figura 2. Requerimiento de suministro de agua según Clasificaciones de riesgo
- Riesgo Ligero: se puede seleccionar cualquier valor entre 1,500 pies cuadrados (139 m2) y 3,000 pies cuadrados (279 m2).
- Riesgo Ordinario: se puede seleccionar cualquier valor entre 1,500 pies cuadrados (139 m2) y 4,000 pies cuadrados (372 m2).
- Riesgo Extra: se puede seleccionar cualquier valor entre 2,500 pies cuadrados (232 m2) y 5,000 pies cuadrados (465 m2).
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.
En la gráfica es posible notar que a áreas más pequeñas corresponden densidades más altas y viceversa. Las densidades más altas generalmente darán como resultado tuberías ramales de mayor diámetro, con tuberías principales de menor diámetro y requerimiento de suministro de agua.
Aunque una mayor densidad también requiere una mayor presión, generalmente se considera superior en términos de control del fuego y se espera que lo confine a un área más pequeña, lo que reduce la cantidad total de rociadores en operación. Al seleccionar un área de diseño pequeña, también se obtiene como resultado un sistema más económico.
El área de diseño es independiente del tamaño del edificio. La característica básica es que debe ser la zona “hidráulicamente más demandante” en el sistema.
Dentro del área de diseño se incluye una cantidad de rociadores específica. Teóricamente, cada rociador cubre un “área de protección” definida, que es el área de piso sobre la cual se asume que el rociador descargará, para propósitos del cálculo. El flujo requerido desde un rociador es determinado por esa área “cubierta”, multiplicada por la densidad de descarga.
En resumen, el proceso de cálculo hidráulico mediante el método “Densidad/Área” comienza seleccionando un área de diseño, que junto con la clasificación de riesgo proporciona una densidad de descarga que debe ser garantizada por el suministro de agua en todos los rociadores incluidos en el área de diseño.
Método cuarto de Diseño
Con el método de Cuarto de Diseño se asume que la cantidad de rociadores que se activarán en un incendio estará limitada a la cantidad de rociadores instalados en el cuarto considerado. Se aplica a cuartos de ocupaciones de riesgo Ligero, Ordinario y Extra. 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 sea contenido en el recinto previsto, las paredes perimetrales deben proveer una calificación de resistencia al fuego igual a los requerimientos de duración de suministro de agua de la figura 1, que corresponde a NFPA 13.
Las aberturas del cuarto deben protegerse como sigue:
- Riesgo Ligero: con puertas auto-cerrantes. 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 el espacio tenga un solo rociador. La selección del cuarto y los rociadores debe hacerse según la mayor demanda de agua.
- Riesgo Ordinario y Extra: Las aberturas deben protegerse con puertas auto-cerrantes con resistencia al fuego apropiada. Si las aberturas no tienen características de cierre automático, el diseño debe incluir en el cálculo los rociadores en todos los espacios rodeados de paredes y puertas con características de cierre automático.
La densidad de descarga a seleccionar debe corresponder 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.
Si el área en consideración es un corredor protegido con una línea de rociadores, con aberturas protegidas, el máximo número de rociadores que debe ser calculado es cinco. Si el riesgo es Ligero, las aberturas pueden ser no protegidas.
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.
En sistemas de aspersores contra incendio, el uso de tuberías de BlazeMaster® CPVC permite cubrir las demandas de presión y caudal de agua según las exigencias de NFPA13, mientras se reducen los cosos de instalación y mantenimiento a largo plazo. El CPVC también puede ser utilizado en sistemas hidráulicos, con FlowGuard®, o en aplicaciones industriales, gracias a Corzan®. Si necesitas más información sobre el material o dónde comprarlo, no dudes en contactarnos.
