17/8/2019 CÁLCULO SISTEMA DE ROCIADORES - EJEMPLO, PARTE 1 - Contraincendio

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CÁLCULO SISTEMA DE ROCIADORES – EJEMPLO, PARTE 1

noviembre 15, 2017 11 comentarios

Aquí se presenta la primera parte de un ejemplo básico de cálculo hidráulico de

un sistema de rociadores automáticos, configurado tipo “árbol”. Los sistemas con
esta configuración son los más sencillos de calcular manualmente; los sistemas
tipo «anillo» requieren pasos y ecuaciones adicionales, lo que complica su
cálculo; y los sistemas tipo «parrilla» en la práctica son casi imposibles de
calcular manualmente, por lo que se hace necesario utilizar software
especializado.

Anteriormente se han publicado artículos que sería conveniente repasar, ya que

los temas tratados están relacionados con éste; los mismos se indican a
continuación:

ÁREA DE COBERTURA DE ROCIADORES

ÁREA DE DISEÑO. SISTEMAS DE ROCIADORES
CÁLCULO HIDRÁULICO DE SISTEMAS DE ROCIADORES
FACTOR K DE ROCIADORES
TIPOS DE SISTEMAS DE ROCIADORES

INTRODUCCIÓN

Un sistema diseñado hidráulicamente está destinado para cumplir con la densidad de descarga especificada de los rociadores
operando sobre un área de aplicación en una forma bastante uniforme.

El criterio de diseño se selecciona en base al grado de riesgo. Cuando se diseña, es importante considerar los posibles cambios en la
ocupación de manera que la protección pueda ser maximizada, dado que usualmente es difícil mejorar los sistemas diseñados
hidráulicamente debido a que los diámetros de las tuberías se seleccionan en función de las pérdidas de presión, para optimizar el uso
del suministro de agua disponible. ENTRADAS RECIE

El sistema tipo árbol se caracteriza por tuberías de gran tamaño cerca del montante. A medida que el sistema se extiende hacia las áreas
TANQUES PARA AGUA
más alejadas, las tuberías se hacen más pequeñas, similar a las ramas de un árbol. La disposición general de los sistemas tipo árbol
INCENDIO
tiene un gran efecto sobre la demanda hidráulica. Los sistemas que son dispuestos muy simétricamente con ramales cortos tienen
relativamente baja demanda comparados con aquellos que son alimentados por el extremo y tienen ramales largos.
CURSO EN VIDEOS: P
SISTEMAS DE ROCIA
La demanda de caudal mínima teórica se obtiene multiplicando la densidad de descarga por el área de diseño del sistema . Esta no es
la demanda verdadera de caudal debido a las pérdidas por fricción que ocurren en las tuberías. Los rociadores activados más cerca del ESTIMACIÓN DE CAPA
montante disponen de presiones más altas, lo que permite un mayor flujo en cada rociador, resultando en una mayor demanda de caudal BOMBA CONTRA INC
en el sistema.
BOMBAS CONTRA INC
Generalmente, un sistema con una cantidad razonable de pérdidas por fricción tendrá entre un 10% a un 15% de incremento sobre el DE SUCCIÓN
caudal teórico en la base del montante. Este incremento se denomina “el exceso de flujo”. Mientras mayor es el “exceso de flujo” menos
eficiente es la red de tuberías del sistema. Los sistemas alimentados por el extremo pueden tener “factores de exceso” aproximándose a CUARTO DE BOMBAS
1,6. Utilizar un “factor de exceso” entre 1,1 y 1,2 resulta útil para aproximar el caudal del suministro de agua antes que el sistema sea – ASPECTOS CONSTR
diseñado.

El proceso de cálculo tradicionalmente comienza en el rociador hidráulicamente más remoto ya que esto es indicativo de la peor ARCHIVOS
condición en el sistema.

Elegir mes
Usando la ecuación y tablas de pérdidas por fricción basadas en la ecuación de Hazen-Williams, simplemente es una cuestión
de cálculo progresivo determinar el caudal y la presión acumulados requeridos en la base del montante.
ENLACES DE INTE
Para calcular hidráulicamente un sistema de rociadores se requiere de ciertos datos:

La cobertura de la descarga por rociador. NFPA

La densidad de descarga.
FMGLOBAL
El área de diseño.

www.contraincendio.com.ve/ejemplo-calculo-de-sistemas-de-rociadores-parte-i/ 1/8
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El factor K de los rociadores.
NIST
El coeficiente C de las tuberías.
El tipo de tubería utilizada en el sistema. UL

Fireengineering
Adicionalmente, se necesitan detalles de las tuberías lo cual incluye lo siguiente:
NFPAJLA
Diámetros.
Longitudes.
Cambios de elevación.
Accesorios de conexión.

CÁLCULOS

Calcular la demanda de caudal y presión en la válvula del punto E del siguiente sistema:

(Medidas en pies, diámetros en pulgadas)

(Se hace necesario volver a la figura a medida que se avanza en los cálculos)

1) Identificar la clasificación de la ocupación protegida.

Supóngase Riesgo Ordinario grupo II, según NFPA 13.

2) Seleccionar el tamaño del área de operación de rociadores (Área de Diseño).

Asumamos un Área de Diseño de 1.500 pie2.

(El diseñador tiene la opción de usar cualquier tamaño de área permitido por la norma, de acuerdo a la clasificación de la ocupación)

3) Determinar la densidad de descarga requerida.

De acuerdo a las curvas de Densidad/Área de NFPA 13, para un área de diseño de 1.500 pie2 y una ocupación de Riesgo Ordinario II, la
densidad mínima requerida es 0,2 gpm/pie2.

(El diseñador tiene la opción de usar cualquier valor de densidad a la derecha de la curva)

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4) Determinar el área de cobertura de rociadores.

Ar = S x L

Ar = 12 x 10 = 120 pie2

5) Determinar el número de rociadores contenidos en el área de diseño.

Esto se obtiene dividiendo el área de diseño entre el área de cobertura de rociadores:

Nr = Ad/Ar

N r = 1.500/120 = 12, 5 → 13 rociadores

6) Establecer el perfil del área de diseño.

NFPA 13 requiere que el área de diseño sea rectangular, con su lado más largo de al menos 1,2 veces la raíz cuadrada del área de diseño,
paralelo a los ramales.

La longitud obtenida se divide por la distancia entre rociadores para obtener cuántos rociadores se incluyen en el lado más largo del área
de diseño:

Nrl = W/S

N rl = 37, 53/12 = 3, 13 → 4 rociadores

7) Calcular el caudal mínimo requerido en el primer rociador.

El caudal mínimo requerido en el rociador 1 (el más alejado) se determina multiplicando la densidad de descarga por el área de cobertura
del rociador:

q = Dd x Ar

q1 = 0,2 gpm/pie2 x 120 pie2 = 24 gpm

q1 = 24 gpm

8) Calcular la presión mínima requerida en el primer rociador.

La presión mínima requerida para descargar el caudal mínimo por el rociador 1 se calcula a partir de la ecuación de flujo por orificios:

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−
− 2
q = k√P → P = (q/k)

Asumamos un factor K = 5,6

P1 = (24/5,6)2 = 18,37 psi

P1 = 18,37 psi

(NFPA 13 prescribe una presión mínima de 7 psi)

9) Calcular la pérdida por fricción entre los rociadores 1 y 2.

Se puede utilizar la fórmula de Hazen-Williams para computar las pérdidas por fricción entre rociadores; pero lo más común es obtener el
factor de fricción de tablas o gráficos existentes. El factor obtenido se multiplica por la longitud del tubo entre rociadores.

Fórmula de Hazen-Williams:

Pf: Pérdidas por fricción en psi/pie

Q: Caudal en gpm
C: Coeficiente de rugosidad, depende de la tubería, 120 en este ejemplo.
D: Diámetro interno de la tubería (schedule 40 en este ejemplo).

El caudal que circula por la tubería entre los rociadores 1 y 2 es el mismo que sale por el rociador 1.

10) Obtener la presión en el rociador 2.

La pérdida por fricción entre los rociadores 1 y 2 se suma a la presión en el primer rociador para obtener la presión requerida en el rociador
2.

P2 = P1 + Pf1 = 18,37 + 2,16 = 20,53 psi

P2 = 20,53 psi

11) Calcular el caudal por el rociador 2.

El caudal que descarga el rociador 2 se determina mediante la ecuación de flujo por orificios:

12) Calcular la pérdida por fricción entre los rociadores 3 y 2.

El caudal que pasa entre los rociadores 3 y 2 es la suma de los caudales de los rociadores 1 y 2.

q3-2 = q1 + q2

q3-2 = 24 + 25,37 = 49,37 gpm

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13) Obtener la presión en el rociador 3.

La pérdida por fricción entre los rociadores 3 y 2 se suma a la presión en el rociador 2 para obtener la presión requerida en el rociador 3.

P3 = P2 + Pf2 = 20,53 + 8,28 = 28,81 psi

P3 = 28,81 psi

14) Calcular el caudal por el rociador 3.

El caudal que descarga el rociador 3 se determina mediante la ecuación de flujo por orificios:

15) Calcular la pérdida por fricción entre los rociadores 4 y 3.

El caudal que pasa entre los rociadores 4 y 3 es la suma de los caudales de los rociadores 1, 2 y 3.

q4-3 = q1 + q2 + q3

q4-3 = 24 + 25,37 + 30,06 = 79,43 gpm

16) Obtener la presión en el rociador 4.

La pérdida por fricción entre los rociadores 4 y 3 se suma a la presión en el rociador 3 para obtener la presión requerida en el rociador 4.

P4 = P3 + Pf3 = 28,81 + 2,52 = 31,33 psi

P4 = 31,33 psi

17) Calcular el caudal por el rociador 4.

El caudal que descarga el rociador 4 se determina mediante la ecuación de flujo por orificios:

18) Calcular la pérdida por fricción entre el punto A y el rociador 4.

La pérdida por fricción entre el rociador 4 y la intersección con el tubo colector debe incluir el accesorio de conexión. El diámetro del
accesorio lo determina el diámetro del ramal. En este ejemplo, aunque hay una Te el flujo no se divide ya que los rociadores del lado
izquierdo no se incluyen en el área de diseño; por lo tanto, se considera como un codo de 90º. La longitud equivalente se obtiene de tablas
existentes.

El caudal que pasa por la tubería entre el punto A y el rociador 4 es la suma de los caudales por los rociadores 1, 2, 3 y 4.

qA-4 = q1 + q2 + q3 + q4

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qA-4 = 24 + 25,37 + 30,06 + 31,34 = 110,77 gpm

19) Obtener la presión en el punto A

La pérdida por fricción entre el punto A y el rociador 4 se suma a la presión en el rociador 4 para obtener la presión requerida en el punto
A.

PA = P4 + Pf4 = 31,33 + 3,8 = 35,13 psi

PA = 35,13 psi

20) Calcular un “factor K” para la intersección del ramal con el colector.

Con la presión y el caudal en el punto de intersección (A) se puede determinar un factor K, utilizando la ecuación de flujo por orificios:

Este factor K es igual para todas las demás intersecciones que sean similares. Para la intersección diferente se debe determinar otro factor
K.

En el próximo post se terminará de desarrollar el ejercicio, completando los cálculos hasta el punto E.

Ing. Luis Ybirma

Caracas – Venezuela

Fuentes: NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Thirteenth Edition

Sprinkler System Hydraulics. IRInformation IM.12.1.1.1. HSB Industrial Risk Insurers, 1999
Russel P. Fleming. Automatic Sprinkler System Calculations. SFPE Handbook of Fire Protection Engineering, 2002

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.
2. Todas las imágenes y marcas comerciales que se publican en este Blog son marcas registradas por sus propietarios, y se utilizan
sólo con fines didácticos.

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ROCIADORES FAST-RESPONSE Y QUICK-RESPONSE CÁLCULO SISTEMA DE ROCIADORES – EJEMPLO, PARTE 2

11 comentarios en “CÁLCULO SISTEMA DE ROCIADORES –

EJEMPLO, PARTE 1”
Andrés Pérez dice:
junio 27, 2018 a las 4:18 pm
Excelente ejemplo!, quisiera saber si es que tiene algún articulo especifico del método pipe schedule debido a que no logro entender muy
bien el arreglo que le dio a los diámetros de las tuberías, como por ejemplo por que en la tubería que hay entre el rociador 3 y 4 tenemos 1
1/2″ y entre 3 y 2 1″, es posible seleccionar un diámetro de 1 1/2 para todo un ramal que sale de la tubería de alimentación si tuviese 5
rociadores?

Responder
admin-ybirma dice:
junio 28, 2018 a las 3:22 pm
Buenos días Andrés. La selección de los diámetros de las tuberías es a criterio del diseñador; claro está, bajo una cierta lógica. Toma en
cuenta que con los cálculos hidráulicos se busca optimizar los diámetros de las tuberías en base a la pérdida de presión, de manera de
disminuir costos de instalación. Yo escogí esos diámetros pero no habría problemas con que el diámetro de los ramales fuera del mismo
diámetro, por ejemplo 1-1/2″… Los diámetros de las tuberías también dependen del tipo de rociadores; por ejemplo, para rociadores ESFR
siempre se requieren diámetros mayores que para rociadores standard.

Responder
Andrés Pérez dice:
junio 29, 2018 a las 2:31 am
muchísimas gracias ingeniero !! estos artículos me están siendo de gran ayuda!

Responder
Andrés Pérez dice:
junio 29, 2018 a las 2:39 am
una consulta mas ingeniero disculpe que lo moleste, el área de diseño tiene que ser establecida si o si por el gráfico área-densidad dado
este caso 1500 ft2 o puedo tomar como área de diseño mi área de la habitación a proteger, que pasa si estoy trabajando con un área
menor?

Responder
admin-ybirma dice:
julio 4, 2018 a las 1:11 am
Hola Andrés. No son molestia las consultas…
Por el método densidad/área, si el área en que estás trabajando es menor de 1500 pie2, se debe utilizar este último valor como área de
diseño para seleccionar la densidad de descarga.

Responder
Jorge dice:
julio 13, 2018 a las 7:44 pm
Buenas tardes, ing. y si mi área es mayor, en mi caso son 9900 pies cuadrados, pero según el uso (unos talleres) corresponde a riesgo
ordinario 2. Gracias

Responder
admin-ybirma dice:
julio 13, 2018 a las 11:01 pm
Buenas tardes Jorge.
Tal vez debas revisar este artículo: http://www.contraincendio.com.ve/area-diseno-sistemas-rociadores/.
En todo caso, para riesgo ordinario grupo 2 puedes seleccionar un área de diseño entre 2.500 a 5.000 pie2, para obtener la densidad
de descarga.
No dudes en volver a consultar si sigue tu duda…

Responder
admin-ybirma dice:
septiembre 1, 2018 a las 2:35 am
Hola Andrés. Disculpa la tardanza en contestar…
El área de diseño mínima para riesgos Ligero y Ordinarios es 1.500 pie2, si estás diseñando por el método densidad/área. Para riesgos
Extra el área de diseño mínoma es 2.500 pie2… Ahora, si utilizas el método de «cuarto de diseño» puedes tomar el área de la habitación
a proteger. pero ciertas condiciones aplican (puedes ver este artículo: http://www.contraincendio.com.ve/metodos-de-diseno-sistemas-de-
rociadores/).
Saludos

Responder
Roger dice:

www.contraincendio.com.ve/ejemplo-calculo-de-sistemas-de-rociadores-parte-i/ 7/8
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julio 17, 2018 a las 1:12 pm
Disculpe al tener un área de diseño pequeño en el cual solo se tendría un solo ramal como determino mi área de cobertura. Gracias

Responder
admin-ybirma dice:
julio 17, 2018 a las 8:51 pm
Buenas tardes Roger.
Sí existe un solo ramal, me imagino que se trata de un pasillo o similar. El área de cobertura se determina considerando la separación
mayor entre rociador y paredes.
Revisa este artículo: http://www.contraincendio.com.ve/area-de-cobertura-de-rociadores/

Responder
Jorge Tellez Ramirez dice:
septiembre 5, 2018 a las 11:40 pm
Hola buen día.
Necesito me apoye con 1 memoria de calculo para 1 sistema de agua pulverizada para 1 transformador eléctrico a base de rociadores
abiertos tipo espiral, tuberías y 1 tanque hidroneumatico.

Esperando me pueda apoyar, me urge.

Estoy a sus ordenes, reciba un cordial saludo.

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