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.
Son sistemas con un fin específico: salvaguardar la vida al mantener las condiciones aptas para garantizar la supervivencia cerca del punto de origen de un incendio.
La norma NFPA 13D establece que:
Los diámetros de las tuberías de sistemas de rociadores contra incendios se definen mediante cálculos que verifican que el agua tiene suficiente caudal y presión,
Se toman en cuenta las pérdidas por fricción en el flujo 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 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”.
Para el dimensionamiento se usan diferentes técnicas:
Sólo se emplea para conexiones a una tubería matriz del sistema público de agua, con un diámetro de al menos 4”, en sistemas tipo árbol.
El cálculo se hace según 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.
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”.
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, con el nombre “Location and Spacing for Automatic Sprinklers”.
El diseño de "Pipe Schedule" 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.
En 1896, la NFPA publicó su primera norma relacionada con aspersores contra incendios.
NFPA hizo revisiones en 1905 y 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. Se establecieron 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:
En 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 son más grandes.
El método “Densidad/Área” se comenzó a utilizar junto con el de “Cuarto de Diseño” porque este último 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 hizo una investigación en la década de 1950 que provocó 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 (antes se descargaban casi 50% del agua hacia el techo).El concepto definió una tasa específica de flujo por rociador para todos los dispositivos 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 se puedan 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, se estandarizan los datospara 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:
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.
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:
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