Es una pregunta muy usual de los diseñadores cuál es la altura máxima de instalación de un rociador automático. La respuesta del autor, también usual, es la de “depende”.
La norma NFPA 13 no tiene un aparte en ningún capítulo donde hable expresamente de las limitaciones de altura de instalación de los rociadores, o los espacios entre lo protegido y el techo, para aplicaciones distintas al almacenaje de altura, sin distingo del tipo de arreglo (en paletas en el piso, cajas, guacales, racks, entre otros). Así que siempre queda la duda respecto a las aplicaciones de altura como en teatros, cines, halls de centro comerciales, hangares, o bodegas altas con almacenaje de poca altura. Es una creencia falsa, pero ampliamente aceptada que, sin bases teóricas sólidas, los rociadores son ineficientes, o no operan, en techos muy altos (con alturas mayores a los 6 metros), cosa que no es cierta. Aunque la norma 13 en sus apéndices menciona que pueden ser efectivos hasta 15 mts (revisar los apendices), existen también estudios como el siguiente, FIRE PROTECTION FOR NON-STORAGE OCCUPANCIES WITH HIGH CEILING CLEARANCES, que revelan su efectividad en alturas de hasta 18 mts con clearances muy grandes.
El data sheet de FM, 3-26 FIRE PROTECTION WATER DEMAND FOR
NONSTORAGE SPRINKLERED PROPERTIES establece para rociadores de aplicaciones que
no incluyen almacenaje, recomendaciones de factor de descarga o tipo de
cobertura dependiendo de la altura, como lo muestra la reproduccion de la
tabla 4 de la mencionada data sheet
Fig 1. Reproducción de la tabla 4 de la FM 3-26
Como podrá observar el lector, primero, en la NFPA 13
no existe una tabla similar, y segundo, si la estudia con detenimiento unos
minutos, FM prevé el uso de rociadores por encima de 18 mts, aparte de que
dependiendo de la altura y el riesgo (la clasificación de riesgos para riesgos
de ocupación de FM es con esos códigos HC-1, HC-2, etc) el K, y el tipo
de cobertura cambian.
Esto es debido a que en la medida de que la altura del
rociador aumenta, y eventualmente el clearance entre lo
protegido (la carga de combustible) y el deflector aumenta, sin aplicar ninguna
consideración en particular, los rociadores deben poseer características
especiales para evitar el Skipping.
La causa de que los rociadores, instalados conforme a
la norma, pero sin ninguna consideración de factor de descarga o cobertura, no
operen en condiciones de gran altura es el fenómeno de “skipping” (se lee
“esquipin” y la traducción es omitir, obviar) que consiste en que los
rociadores en las adyacencias de uno ya activado, no operan, aunque estén en el
entorno del efecto de la pluma del incendio. Para efectos de este
artículo, se tomará en consideración el efecto de skipping en
rociadores estándar tipo spray, con método de diseño de área/densidad, que son
los que usualmente se instalan en las aplicaciones mencionadas al comienzo.
De acuerdo a Dyer[i] (2008) citando a Croce[ii]
(2005), los rociadores vecinos al que operó no se activan porque se mojan, o se
enfrían, por las gotas de agua del que está funcionando. La NFPA 13 establece
una distancia mínima entre rociadores (que depende del tipo de rociador) para
evitar este fenómeno. Sin embargo, en los rociadores instalados a gran altura,
en aplicaciones de no almacenaje, este fenómeno ocurre a pesar de seguir las
recomendaciones de instalación. Una razón aparente es la influencia de gotas de
agua minúsculas suspendidas en los gases del incendio en los alrededores de los
rociadores no activados aun.
De acuerdo a Dyer[iii] (2008) citando a Gavelli[iv] y
otros (1999), Gavelli realizó un modelo modificado del RTI bulbo del rociador
que incluye el efecto de estas minúsculas gotas de agua, que conformaría una
mezcla bifásica de gases y vapor de agua que retrasan la activación del
rociador vecino al activado. En otras palabras, parte del agua que libera el
rociador recién activado se queda suspendida en el aire por efecto de los gases
y el aire caliente desprendidos por el fuego.
Igualmente Croce condujo 14 pruebas de incendio para
evaluar la relación existente entre la liberación de calor del incendio, la
densidad liberada por el grupo de rociadores y los rociadores que no se
activaron (o aquellos que se retrasaron en activarse) y obtuvo las siguientes
conclusiones:
1. El skipping es producido por la
incidencia de gotas de agua del rociador activado hacia el bulbo de los
rociadores vecinos, que generan el enfriamiento del mismo retrasando su
activación o inhibiéndola totalmente.
2. Los ensayos revelan igualmente que en la medida de se
incrementa la liberación del calor del incendio, el fenómeno de skipping se
reduce.
3. Aparte, los ensayos revelan que en la medida de que la
densidad de aplicación aumenta, el el fenómeno de skipping se
aumenta.
Si bien parece evidente que existe una relación
directa entre densidad y skipping e inversa entre éste y la liberación de
calor, no es posible establecerla entre la densidad y el calor liberado por
cuanto ambos factores se relacionan de manera distinta en situaciones
distintas. Existen de hecho otros factores que también inciden en el fenómeno
de skipping que deben ser tomados en consideración
previamente. Estos factores se mencionan a continuación:
Presión de trabajo del rociador. La presión de trabajo del rociador, la presión
residual cuando éste opera, incide en la densidad del mismo. Al operar el
primer rociador, eventualmente, operará con una presión superior a la mínima de
diseño del rociador más remoto. Esto genera dos efectos que modifican la
densidad: a mayor presión que la mínima de funcionamiento (típicamente 7 psi
por NFPA 13) y a la de diseño, el área de cobertura y el caudal resultante
serán distintos. El área se modifica por cuanto a mayor presión, el patrón de
cobertura se aplana siendo más extensa la misma. En otras palabras, al activarse
el primer rociador, éste tendrá una densidad ADD distinta a la mínima de
diseño. Por el efecto estudiado por Croce, el incremento de densidad al mismo
tiempo que de alcance de las gotas de agua, podrá incidir en el efecto de
enfriamiento en los rociadores vecinos que no se han activado aun. Croce
concluye que, derivado de sus ensayos, y sin que existan suficientes para
afirmarlo, que en la medida de que aumenta la presión del rociador (ergo la
densidad), la relación de rociadores no activados entre los activados (skipping
ratio) aumenta.
Tamaño de las gotas de agua. Es conocido que a mayor tamaño de las gotas de agua
que salen del rociador, el factor de penetración de la pluma del incendio es
mayor. Igualmente se sabe que el tamaño de las mismas en inversamente
proporcional a la raíz cubica de la presión residual del rociador y
directamente proporcional al diámetro del orificio del rociador elevado a 2/3.
Siendo así, para dos rociadores idénticos cualesquiera de igual K, factor de
descarga, al aumentar la presión, el diámetro de las gotas será menor. Esto al
parecer se relaciona con el aparte anterior, donde al haber más presión
disponible, el diámetro de las gotas es menor, y son más fáciles de ser
transportadas por los gases y el aire caliente que proviene de la pluma del
incendio. Esto luce tener sentido en la medida de que el fenómeno de skipping
no es tan frecuente en los rociadores ESFR y los CSMA, que se caracterizan por
tener un tamaño de gota más grande que los estándar y un factor de penetración de
pluma mayor. Esto también es consistente con la recomendación de usar
rociadores con K grandes, puesto que al requerirse menos presión para una
densidad dada, el tamaño de las gotas será mayor, por ende el factor de
penetración, y evitará la aparición de gotas pequeñas que favorezcan el skipping.
Temperatura del Techo. En la medida de que la temperatura de los gases
acumulados es mayor, la probabilidad de que las gotas más pequeñas del rociador
activado sean transportadas hacia los rociadores vecinos es menor. De hecho
Croce demuestra que en la medida que esta temperatura aumenta, el skipping
ratio disminuye.
Espaciamiento de los rociadores. Típicamente la NFPA 13 recomienda distancias mínimas
entre rociadores para evitar el skipping por mojado directo,
aparte, los estudios de Croce revelan que las gotas de agua pueden ser
transportadas hasta una distancia de unos 6 metros del rociador activado, razón
por la cual, esto hace presumir que el uso de rociadores de cobertura extendida
podría ser un valor agregado en los sistemas de rociadores usados en grandes
alturas.
Otros factores influyentes. Aunque no evaluados por Croce, eventualmente otros
factores como la forma e inclinación del techo, la temperatura de activación
del rociador y la respuesta en tiempo del mismo podrían afectar, por su
relación con los factores antes mencionados, el skipping ratio. Por
razones de espacio no se evalúan en este artículo.
La conclusión directa es que para que los rociadores
en aplicaciones de gran altura funcionen es disminuyendo el skipping
ratio. Derivado de los estudios de Croce, Gavelli y Dyer, esto se
lograría atendiendo las siguientes recomendaciones:
1. Mientras sea posible, la densidad de aplicación debe
ser baja.
2. La presión de trabajo del rociador debe ser tan baja
como sea posible para una densidad dada para garantizar gotas de agua de tamaño
considerable y evitar la aparición de gotas pequeñas que sean transportadas a
las cercanías de los otros rociadores no activados
3. El factor de descarga de los rociadores debe ser tan
alto como sea posible. Esto redundará en presiones de trabajo más bajas y por
ende en gotas de agua más grandes. Como regla práctica, a más altura, mayor K
de descarga.
4. El uso de rociadores de cobertura extendida sería
favorable para disminuir el skipping ratio, en la medida de
que el espaciamiento entorpecería el transporte de gotas minúsculas de agua a
los rociadores vecinos no activados. Esto quiere decir, conforme a la tabla 4
de la FM 3-26, que a muy grande altura, los rociadores deberían ser de
cobertura extendida y K grande (25 propone FM).
Dado esta explicación, la respuesta a ¿Cuál es la
altura máxima de instalación de un rociador automático? siempre será: depende,
por cuanto hay que evaluar la altura real a la cual se instalará el rociador
para hacer los analisis correspondientes. De acuerdo a las recomendaciones de
la tabla 4 de la FM 3-26, un rociador estandard de K 5.6 tendria un
limite de 9 mts sin que sea afectado por el skipping. Más allá de esa altura,
recomendamos seguir los criterios discutidos en este articulo.
[i]Dyer, J.
W. Effectiveness of Automatic Fire Sprinklers in High
Ceiling Areas & the Impact of Sprinkler Skipping. 2008
[ii] Croce, P.A., Hill,
J.P., Xin, Y., “An Investigation of the Causative Mechanism of Sprinkler
Skipping“, Journal of Fire Protection Engineering, Volume 15,
Society of Fire Protection Engineers, May 2005.
[iii]Dyer, J.
W. Effectiveness of Automatic Fire Sprinklers in High
Ceiling Areas & the Impact of Sprinkler Skipping. 2008
Artículo originalmente publicado por el Ing. José Prada, replicado con debida autorización.
