2.2 Bases teóricas
2.2.3 Sistema de rociadores automáticos
Los sistemas de rociadores consisten en una red integrada de tuberías que se diseña de acuerdo con las normas de ingeniería de protección contra incendios e incluye una fuente de suministro de agua, una válvula de control, una alarma de flujo de agua y un drenaje. Normalmente se activan por el calor de un incendio y descargan agua sobre la zona incendiada. La red de tuberías construidas hidráulicamente, instaladas en un edificio, estructura o área, normalmente en altura y a la que se fijan los rociadores siguiendo un patrón metódico, los cuales constituyen la parte aérea del sistema de rociadores (NFPA 13, 2019, p. 26).
Nivel de Protección. Se deben instalar rociadores en cada parte de un edificio o construcción que esté protegida por un sistema de rociadores automáticos, a menos que ciertas disposiciones de esta norma permitan específicamente la omisión de rociadores (NFPA 13, 2019 p. 19).
Una de las formas más eficaces de controlar el fuego es mediante sistemas de rociadores automáticos. Estos sistemas, empleados por numerosas instalaciones y/o edificios desde hace más de un siglo, tienen un índice de eficacia muy elevado.
2.2.3.1 Ventajas de los SCI mediante rociadores automáticos.
Las instalaciones industriales modernas, las explotaciones mineras y los establecimientos comerciales y mercantiles se benefician de la protección que proporcionan los rociadores automáticos. Las condiciones que serían insoportables en ausencia de una protección contra incendios fija y automática, suelen ser creadas por las grandes superficies, edificios de gran altura, actividades peligrosas, concentraciones significativas de capital humano, trabajo dentro de una región de fuego específica, etc. A continuación, se enumeran las principales ventajas de los sistemas de rociadores:
• Los rociadores automáticos son enormemente efectivos para la seguridad de la vida humana, ya que evitan o reducen la participación de los bomberos, accionándose de manera automática.
• Los rociadores automáticos, cuando se instalan y mantienen
correctamente, son muy útiles para evitar tanto la pérdida de vidas humanas como la de materiales de construcción, equipos e instalaciones.
• Detectan el incendio y alertan de la existencia de un siniestro, al mismo tiempo que liberan agua sobre la zona en llamas.
• La actuación de los rociadores sobre el humo es doble: la aplicación del agua sobre el humo tiende a mantenerlo en los niveles de concentración más bajos; por otra parte, el enfriamiento de los humos permite una permanencia más prolongada de las personas en el recinto, lo cual sería imposible sin el trabajo de los rociadores.
• Cuando existe un sistema de rociadores automáticos, el agua que se dispensa causa menos daños que cuando el servicio de bomberos utiliza mangueras para extinguir los incendios.
Figura 2.3 Esquema de un sistema de rociadores automáticos Fuente: CISHSA Comercial S.A. (https://cishsacom.com.mx)
• Simplemente libera agua en las proximidades del incendio. Es un error frecuente creer que los rociadores lanzan el agua a la vez.
Contrariamente a la creencia popular, la mayoría de los incendios se
apagan mediante la aplicación rápida y eficaz de agua por unos pocos rociadores situados cerca del foco del incendio.
• A diferencia de los bomberos, los rociadores no se ven afectados por el calor o el humo cuando están en funcionamiento.
2.2.3.2 Componentes de un sistema de rociadores automáticos.
Los principales componentes de un sistema de rociadores se aprecian esquemáticamente en la figura 2.3.
2.2.3.3 Tipos de sistemas de rociadores automáticos.
Los sistemas de rociadores automáticos pueden clasificarse en más de seis grupos diferentes. Cada tipo de sistema cuenta con las tuberías necesarias para transferir agua a presión desde la fuente de suministro hasta los rociadores. Los tipos de sistemas más comunes son:
• Sistemas de rociadores de tubería húmeda: sistema que utiliza rociadores automáticos conectados a una infraestructura de suministro de agua y tuberías para que el agua se descargue rápidamente desde los rociadores abiertos por el calor de un incendio (NFPA 13, 2019, p.37).
• Sistema de rociadores de tubería seca: sistema que utiliza rociadores automáticos conectados a sistemas de tuberías que transportan aire o nitrógeno a presión, cuya liberación (causada, por ejemplo, por la apertura de un rociador) permite que la presión del agua abra una válvula conocida como válvula de tubería seca y, como resultado, el agua fluye hacia el sistema de tuberías y sale de los rociadores abiertos (NFPA 13, 2019, p.36).
• Sistema de rociadores de acción previa: sistema que emplea rociadores automáticos adosados a un sistema de tuberías que contiene aire que podría estar o no bajo presión, con un sistema de detección complementario instalado en las mismas áreas que los rociadores (NFPA 13, 2019, p.36).
• Sistema de rociadores de diluvio o de inundación total: Sistema que utiliza rociadores o boquillas abiertos conectados a tuberías que están vinculadas a un suministro de agua mediante una válvula que se
abre en respuesta al funcionamiento de un sistema de detección colocado en los mismos lugares que los rociadores o boquillas. Cuando esta válvula se abre, el agua entra en el sistema de tuberías y se libera a través de todos los rociadores o boquillas que estén conectados (NFPA 13, 2019, p.36).
2.2.3.3.1 Sistemas de rociadores de tubería húmeda.
Se trata de un sistema fijo que utiliza tuberías llenas de agua a presión y se alimenta de una fuente fiable. Se emplean rociadores que se abren automáticamente en respuesta al calor, se colocan y espacian de acuerdo con las especificaciones de la NFPA 13. Cuando se encienden los rociadores, se libera agua sobre una región específica para contener o apagar el fuego.
Se activa una alarma para señalar que el sistema está en uso a medida que el agua pasa por el sistema de tuberías. Además, sólo se activarán los rociadores que estén por encima o cerca de la zona del incendio, lo que reduce los daños por descarga de agua.
Este tipo de sistemas es la opción preferida y la más fiable. Así mismo es el más sencillo de diseñar, instalar y mantener. Estos sistemas no deben instalarse cuando la temperatura a la cual podría estar expuesta, este por debajo de 4 los °C (40 °F) o por encima de los 95°C (203°F), debido a que se podría producir la congelación y/o evaporación del agua.
a) Operación.
En condiciones normales de operación las tuberías están llenas de agua. Cuando se produce un incendio, el calor generado provoca la activación de los rociadores de la zona del incendio, lo que permite que fluya el agua. La “clapeta” de la válvula de alarma se abre por la diferencia de presión del agua y esta fluye por las tuberías hacia los rociadores abiertos, simultáneamente el agua pasa a la cámara de retardo en mayor cantidad que puede salir por su orificio de drenaje, llenándola y seguidamente activa los dispositivos de alarma. Las alarmas permanecen activas hasta que manualmente se corta el paso del agua. La figura 2.4 describe la secuencia de operación de la válvula
de retención de alarma.
Figura 2.4 Operación de la válvula de retención de alarma Fuente: Tyco (www.tyco-fireproducts.com)
b) Válvula de alarma de clapeta.
Al actuar como una válvula de retención y mantener la presión del agua aguas abajo de la clapeta, la válvula de alarma impide el flujo inverso desde las tuberías del sistema de rociadores hacia el montante (Riser).
La válvula está diseñada para generar una alarma siempre que se mantenga un flujo de agua (como el que se genera cuando se abre un rociador), actuando un motor hidráulico o un presostato. Un by-pass exterior evita la generación de falsas alarmas con pequeños caudales.
Figura 2.5 Colector montante con válvula de alarma Fuente: The Viking Corporation (www.vikingcorp.com)
En las figuras 2.5 y 2.6 se describe los componentes de los colectores de montante estándar con válvula de alarma y el montante con válvula de retención “Easy RiserTM” (de acción rápida) respectivamente.
2.2.3.3.2 Sistemas de rociadores de tubería seca.
Con estos sistemas, se aplica aire o nitrógeno a presión en las tuberías.
Cuando se declara un incendio y se genera suficiente calor, se encienden uno o varios rociadores, lo que reduce la presión de aire del sistema. Una vez que la presión del aire alcanza un nivel predeterminado, la válvula de tubería seca se abre, permitiendo que el agua fluya por el sistema hacia los rociadores abiertos.
El desfase entre la apertura del rociador y la descarga de agua es una de las características de los sistemas de tuberías secas; este desfase 1 Válvula de retención 2 Orificio restringido de
drenaje
3 Válvula de purga automática 4 Conexión para
bomberos
5 Cámara de retardo 6 Filtro de línea de
alarma 7 Presostato
8 Manómetro (2und.) 9 Válvula de retención
– línea bomberos 10 Motor de alarma
hidromecánica 11 Accesorio Te de
conexión
12 Válvula de alarma tubería mojada 13 Válvula principal de
drenaje
14 Válvula de corte de alarma
15 Drenaje principal 16 Colector montante al
sistema
permite que el fuego se propague y hace necesaria la apertura de más rociadores. Este problema puede solucionarse parcialmente mediante la instalación de equipos de apertura rápida que aumentan las velocidades de descarga de aire en las tuberías de los rociadores o aceleran la apertura de la válvula seca cuando se activan uno o varios rociadores.
Figura 2.6 Colector montante, válvula de retención “Easy RiserTM” Fuente: The Viking Corporation (www.vikingcorp.com)
En comparación con los sistemas de tubería húmeda, los de tubería seca son más sofisticados. Además del retraso en el suministro de agua a los rociadores, también están sujetos a una serie de restricciones de diseño, como la limitación del tamaño del sistema, el requisito de componentes adicionales como aceleradores y la necesidad de un área de diseño significativamente mayor, lo que aumenta el número de rociadores que deben analizarse.
1 Válvula de purga automática 2 Conexión para
bomberos
3 Válvula de retención 4 Campana / sirena
eléctrica de alarma 5 Indicador de flujo 6 Accesorio Te de
conexión
7 Válvula y manómetro del sistema
8 Válvula de retención
“Easy RiserTM” 9 Válvula principal de
drenaje
10 Válvula y manómetro de alimentación 11 Línea de prueba de
caudal
12 Colector montante al sistema
“Easy Riser”, de apertura rápida
Debido a la humedad del aire y al suministro continuo de oxígeno, estos sistemas se enfrentan a una mayor corrosión interna que un sistema de tuberías húmedas. Esta característica influye en el tipo de aspersores que deben utilizarse para evitar atascos y congelaciones, además de la posibilidad de que quede agua en los aspersores una vez activado el sistema (los aspersores colgantes no son aplicables).
Dado que los sistemas de tuberías húmedas pueden congelarse y/o evaporar agua, estos sistemas sólo deben utilizarse cuando los componentes estén expuestos a temperaturas inferiores a 4 °C (40 °F) o superiores a 95 °C (203 °F). No obstante, los sistemas de tuberías secas suelen funcionar bien en la mayoría de las instalaciones, especialmente en las de riesgo ligero o medio (ver la sección 2.2.3.5), siempre que se mantengan adecuadamente.
a) Funcionamiento de la válvula seca.
La válvula de tubería seca se muestra en las posiciones abierta y cerrada en la figura 2.7. En la posición cerrada, la presión neumática actúa sobre el actuador impidiendo la liberación de presión hidráulica desde la cámara de la varilla de empuje. La presión de suministro de agua actúa simultáneamente en la parte inferior de la clapeta y en la varilla de empuje a través de la entrada restringida de la cámara de la varilla de empuje. La fuerza resultante sobre la varilla de empuje se multiplica gracias a la ventaja mecánica de la palanca y mantiene cerrada la clapeta incluso en el caso de una sobrepresión transitoria normal en el suministro de agua. Al abrirse un rociador, se produce una pérdida de presión neumática en la tubería de rociadores que hace que la membrana y el sello del actuador se alejen del asiento del agua, permitiendo la salida de agua de la cámara de la varilla de empuje. Dada la imposibilidad de que el agua se reponga a través de la restricción de entrada tan de prisa como sale, la presión de la cámara de la varilla de empuje cae rápidamente. Cuando la presión de la cámara de la varilla de empuje se acerca a un tercio de la de suministro, la fuerza hacia arriba de la presión del agua sobre la clapeta supera la fuerza aplicada
a la palanca, y la clapeta se abre. A continuación, el agua fluye a través de la válvula hacia la tubería de rociadores y a la toma de alarma que activa el(los) dispositivo(s) de alarma. Una vez abierta la clapeta, la palanca actúa como un enclavamiento, impidiendo que la clapeta vuelva a cerrarse.
La mayoría de las válvulas de tubería seca están fabricadas para que un poco de presión de aire contenida en el sistema pueda retener mucha más presión de agua de la que retendría en caso contrario. El
"diferencial" es la diferencia entre la presión del aire y la presión del agua, que se define como la relación entre estas dos presiones cuando la presión del aire desciende hasta el nivel necesario para que la válvula se abra. La válvula, que con frecuencia se denomina válvula de tubería seca de tipo diferencial, crea esta disparidad actuando directamente sobre la clapeta de agua de menor diámetro con una clapeta de aire de gran diámetro que se aloja en el interior de la válvula.
Figura 2.7 Válvula seca con clapeta, abierta, cerrada y enclavada Fuente: Reliable Corporation (www.reliablesprinkler.com)
Las válvulas de baja presión se diferencian de las válvulas diferenciales
normales en que ofrecen las siguientes ventajas debido a la disminución de la presión neumática:
Fuente: Reliable Corporation, www.reliablesprinkler.com
• Las fuentes neumáticas son menos costosas y más pequeñas.
• El agua llegará con menos retraso tras la apertura de la válvula y, en algunas situaciones, se eliminarán los mecanismos de apertura rápida.
• El nitrógeno podrá utilizarse con mayor eficacia cuando haya poca presión.
2.2.3.3.3 Sistemas de rociadores de inundación total o de diluvio.
La función principal de estos sistemas es inundar toda una zona de incendio mediante rociadores siempre abiertos (también conocidos como difusores). El agua puede aplicarse más rápidamente que con los sistemas cuyo funcionamiento depende de la apertura de los rociadores.
Los sistemas de diluvio se utilizan normalmente cuando se requiere que todos los rociadores y/o boquillas del sistema descarguen agua cuando se abre la válvula de diluvio (similar a un sistema de acción previa). Los sistemas de diluvio son apropiados para ocupaciones de los grupos 1 y 2, que implican actividades de riesgo adicional (ver el cap. 2.2.2.3.5).
a) Funcionamiento de la válvula de diluvio.
La válvula de diluvio se muestra en las posiciones abierta y cerrada en la figura 2.8. En la posición cerrada, la presión del suministro actúa en la cara inferior de la clapeta y también en la varilla de empuje a través de la restricción de entrada de la cámara de la varilla de empuje. La fuerza resultante de la presión del suministro sobre la varilla de empuje se multiplica por la ventaja mecánica de la palanca, y es más que suficiente para mantener la clapeta cerrada frente a picos normales de presión del suministro.
Al detectar un incendio, un dispositivo de disparo despresuriza la cámara de la varilla de empuje por la salida a la atmosfera de la cámara.
Dado que no puede restablecerse la presión a la misma velocidad que
se expulsa a través de la restricción de entrada, la presión en la cámara de la varilla de empuje cae instantáneamente. Cuando la presión de la cámara de la varilla de empuje alcanza aproximadamente un tercio de la presión del suministro, la fuerza ascendente de la presión del suministro que actúa bajo la clapeta supera la fuerza aplicada por la palanca, abriendo de este modo la clapeta.
Figura 2.8 Válvula de diluvio con clapeta, abierta, cerrada y enclavada Fuente: Reliable Corporation (www.reliablesprinkler.com)
Una vez abierto la clapeta, la palanca actúa como un enclavamiento, impidiendo que la clapeta vuelva a la posición cerrada. El agua del suministro fluye a través de la válvula de diluvio hacia las tuberías del sistema. Así mismo fluye agua a través de la salida de la alarma de la válvula de diluvio a los dispositivos de alarma.
Fuente: Reliable Corporation (www.reliablesprinkler.com)
2.2.3.4 Rociadores automáticos.
Los rociadores automáticos son dispositivos termosensibles fabricados para liberar automáticamente un chorro de agua que se distribuye sobre zonas designadas en formas y cantidades específicas en respuesta a temperaturas predeterminadas; los rociadores automáticos distribuyen automáticamente el agua sobre un incendio para extinguirlo completamente o detener su propagación. En la figura 2.9 se muestran los principales componentes de los rociadores.
Figura 2.9 Componentes principales de un rociador Fuente: Tyco International Ltd (2013)
2.2.3.4.1 Clasificación de rociadores automáticos.
a) Según el tipo de descarga del rociador.
• Convencional: La descarga de este tipo de rociadores dirige entre el 40 y 60% de la totalidad del agua en dirección descendente, están diseñado con un deflector ya sea en posición vertical (montante) o colgante. Son modelos antiguos, la NFPA 13, 2019 ya no los contempla.
• Pulverizador: Rociadores con gran capacidad de control, pueden ser usados en una amplia gama de riesgos (ver cap. 2.2.3.5). El patrón estándar de descarga se aprecia en la figura 2.10.
• Plana: producen una descarga más plana que un rociador pulverizador. La ventaja de este tipo de rociador es que permite una menor distancia, entre el rociador y un techo suspendido abierto o dentro de una estantería.
1. Cuerpo 2. Botón
3. Conjunto de sello 4. Ampolla
5. Tornillo de compresión 6. Deflector
Las características y coeficientes de descarga de este tipo de rociadores se describen en la tabla 7.2.2.1 de la NFPA 13, 2019 (p. 56).
b) Según el tipo de instalación del rociador.
• Montante: La descarga con este rociador se produce hacia arriba contra el deflector.
• Colgante: Rociador diseñado con el objetivo de que la corriente de agua se dirija hacia abajo contra el deflector.
• Pared: Este tipo de rociador tiene deflectores especiales diseñados para descargar la mayor parte del agua lejos de la pared adyacente, en un patrón similar a un cuarto de esfera, descargando una pequeña porción dirigida hacia la pared detrás del rociador.
• Oculto: Se encuentra empotrado con una placa de cubierta.
• Empotrado: Rociador en el que todo el cuerpo o una parte, excluyendo el extremo roscado, está montado dentro de un falso techo.
Figura 2.10 Patrón de descarga, rociador tipo pulverizador Fuente: NFPA 13, 2019 (p. 401)
c) Según el tiempo de respuesta (RTI).
• Respuesta normal: Elemento sensible al calor con un índice de respuesta (RTI) de K=5.6 [gpm/(psi)1/2] o superior.
• Respuesta Especial: Elemento sensible al calor con un índice de respuesta (RTI) entre K=3.5 y 5.6 [gpm/(psi)1/2].
• Respuesta rápida: Elemento sensible al calor con índice de respuesta (RTI) de 3.5 [gpm/(psi)1/2] o menor.
d) Según el tipo de protección.
• Modo de control: El rociador evita que el incendio se propague a otras zonas próximas.
• Modo supresión: En este caso el rociador es capaz de extinguir el incendio.
e) Según la temperatura de activación.
Los rociadores automáticos vienen identificados por medio de un código de colores, este se puede ver en el bulbo o en el elemento sensible al calor. En la tabla 2.3 se describe los rangos, riesgos y códigos de color de temperatura para una adecuada selección de rociadores.
Tabla 2.3 Clasificación y código de colores por temperatura Temp. máxima de
cielo raso °C (°F)
Rangos de temp. de activación °C (°F)
Clasif. por temperatura
Código de colores
Color bulbo de vidrio 38 (100) 57-77 (135–170) Ordinario Sin color o
negro
Naranja o rojo 66 (150) 79-107 (175-225) Intermedia Blanco Amarillo o
verde
107 (225) 121-149 (250-300) Alta Azul Azul
149 (300) 163-191 (325-375) Extra alta Rojo Morado 191 (375) 204-246 (400-475) Muy extra alta Verde Negro 246 (475) 260-302 (500-575) Ultra alta Naranja Negro
329 (625) 343 (650) Ultra alta Naranja Negro
Fuente: NFPA 13, 2019 (p. 57).
2.2.3.5 Clasificación de riesgo por ocupación.
• Riesgo leve: ocupaciones o partes de otras ocupaciones donde la cantidad y/o combustibilidad de los contenidos es baja y se pronostican incendios con tasas de liberación de calor relativamente bajas.