Presiones de trabajo, operación, prueba y diseño de rociadores automáticos

Es común la confusión respecto a la presión de trabajo y de diseño de los rociadores. Esto es debido a que muchas traducciones, propias o ajenas, de la norma no son claras. Como genera tantas dudas y confusiones el tema, me permito escribir un articulo de memoria al respecto, solo para dejar las observaciones y comentarios de los lectores para mejorar el articulo. En el trayecto haré otros comentarios relacionados con la presión de los rociadores que espero también sean de utilidad.

La primera presión de la cual hablaremos, es la MÍNIMA PRESIÓN de operación de un rociador. Dependiendo del rociador y su uso, esta presión puede variar.  Si hablamos de un rociador estandar, montante o colgante, de los llamados CMDA sprinklers (los anteriormente llamados SSU/SSP, o simplemente rociadores estándar) , la mínima presión de operación de éstos es de 7 psi. Esta presión mínima es la de prueba de fabrica para levantar sus curvas de coberturas (QUE NO deben ser usadas para estimar coberturas, para eso están las tablas de cobertura de la norma de acuerdo al riesgo). Esta presión en un valor de VERIFICACIÓN, es decir, cuando Usted hace un cálculo hidráulico, con ROCIADORES ESTÁNDAR, debe verificar que ninguno tiene una presión menor a los 7 psi. Esta presión NO se debe usar como presión de trabajo o prueba de los rociadores durante el calculo, error típico de los principiantes, y de muchos no principiantes.

Siguiendo con los rociadores estándar, la otra presión de interés es la MÍNIMA PRESIÓN DE DISEÑO, que está asociada a la presión que debe disponer un rociador en su base para que pueda liberar el caudal requerido de acuerdo al riesgo que protege, el área de cobertura, y el K del rociador. Esta debería ser la presión mínima de cualquier rociador en el área de diseño, si Usted diseña el sistema por el criterio de área/densidad.

Veamos un ejemplo sencillo. Supongamos que su diseño consiste en un sistema de rociadores para riesgo ligero, con área de cobertura por rociador de 200ft2 (es un ejemplo) con un área de diseño de 1500 ft2, y una densidad de 0.1 gpm/ft2. Veamos como se estima la MÍNIMA PRESIÓN de DISEÑO de cualquiera de los rociadores.

Con independencia del arreglo de tubería del sistema (malla, árbol, etc), habrá (deben tener fe en esto) un rociador remoto, aquel que recibe la menor presión disponible para poder liberar el caudal que satisface la densidad de acuerdo a su área de cobertura.  Este rociador debe liberar un caudal igual a la densidad por el área de cobertura, para poder satisfacer la densidad de diseño, esto es:

Q roc = Densidad x Area de cobertura = 0.1 gpm/ft2 x 200 ft2 = 20 gpm

Este rociador debe liberar 20 gpm para cumplir con el requerimiento de densidad de acuerdo a su área de cobertura. Ahora bien, dependiendo del K, coeficiente de descarga, las presiones para cumplir este caudal pueden ser diferentes. Si usamos un rociador de K = 5.56, esa presión sería:

De la ecuación

Q roc = K x SQR(P)  [K por raiz cuadrada de la presion]

despejamos P, que sería

P = (Q/K)^2 [ caudal entre coeficiente de descarga elevado al cuadrado]

P = 12.93 psi 

Como verán la presión MÍNIMA DE DISEÑO del ROCIADOR REMOTO es distinta a la PRESIÓN MÍNIMA DE OPERACIÓN, que es 7 psi.

Para ese caudal, la única manera que el rociador tenga como presión mínima de operación la mínima de diseño es que el K sea igual a 7.55, es decir, próximo a 8. Dejo las matemáticas a los lectores.

En este caso, es oportuno mencionar que cualquier rociador distinto al remoto, estará más cerca del montante, y por ende tendrá mayor presión disponible, y tendrá un caudal ligeramente mayor al mas remoto (que es el que se necesita garantizar que cumple el caudal mínimo).

La otra presión de interés en un rociador es la PRESIÓN MÁXIMA DE TRABAJO, que se refiere a la presión de trabajo en el sistema. Esta presión viene indicada en la hojas de datos, o data sheet, y para la mayoría de los rociadores estándar es de 175 psi. Esto quiere decir que por encima de esa presión, la alimentación del sistema debe disponer de algún sistema de regulación de presión, de acuerdo a la NFPA 13.

Después de esta presión, está la presión de prueba hidrostatica, que de acuerdo a la NFPA 13 debe ser de 200 psi por dos horas para tubería exterior, o 50 psi por encima de la presión de trabajo, con un mínimo de 200 psi. Esta presión de prueba genera discordias por cuanto muchos dicen que si la presión de trabajo máximo de los rociadores es de 175 psi, aparte de exponer a los rociadores a una presión dañina (permitanme usar el termino) no tiene sentido. La NFPA solo desea garantizar que el sistema podrá soportar en forma sostenida una presion por encima de la presión de trabajo de los rociadores, para garantizar su confiabilidad. En la vida real, si evaluamos ciertas presiones asociadas a los componentes del sistema, nos percataremos de que la presión de prueba es segura, veamos,

  • La presión de prueba de un rociador (la presión a la cual son probados cada uno de los rociadores antes de salir de fabrica) es de 500 psi.
  • La presión de trabajo de los accesorios modernos (ranurados casi todos) y las válvulas, oscilan entre 250 psi y 300 psi
  • La presión de prueba en fábrica de la tubería normalmente usada en estos sistemas es de 400 psi

Dados estos valores, la presión de prueba está por debajo de la presión mínima de trabajo de los accesorios, así que aparte de segura, garantiza que el sistema podría trabajar incluso bajo el estrés de una sobrepresión hasta por dos horas sin dañarse, que será siempre el principio básico del sistema, su confiabilidad.

Dado lo anterior, la presión mínima de operación de un rociador estándar, 7 psi, no tiene que ser igual a su mínima presión de diseño, y cualquier rociador podrá soportar la presión de prueba de 200 psi, aunque su presión de trabajo máxima sea de 175 psi.

Ahora para complementar, si Usted está trabajando con otros tipos de rociadores, las presiones mínimas de operación, podrían asemejarse a la presión mínima de diseño. Por ejemplo, si trabaja con rociadores ESFR, y su diseño le pide que la PRESIÓN MÍNIMA DE DISEÑO sea de 40 psi (un ejemplo) esa debe ser también su mínima presión de operación. Como se mencionó antes, el rociador remoto de este sistema con ESFR debe cumplir con la PRESIÓN MÍNIMA DE DISEÑO y esa será su MÍNIMA PRESIÓN DE DISEÑO, para el riesgo especifico para el cual se listó.

Dado lo anterior, es oportuno mencionar y desmentir algunos mitos asociados a los rociadores y sus presiones para fines prácticos, por ejemplo:

  • El hecho de que la presión máxima de operación de un rociador sea de 175 psi no implica que estallará si la presión instantaneamente sea superior a 175 psi, o incluso si se mantiene por cierto tiempo. Le puedo apostar a cualquiera, que frente a una sobrepresion, digamos de 250 psi, primero fallaran las válvulas o los accesorios antes que los rociadores (*)
  • El rociador, con el debido calculo, solo tendrá 7 psi de presión de diseño si el K del mismo lo permite para el caudal que debe liberar de acuerdo a la densidad de trabajo (**)
  • La presión mínima de diseño siempre será diferente, mayor,  a la presión mínima de operación, salvo lo anterior.
  • Si en su calculo hidráulico resultan presiones menores a 7 psi (rociadores estandar) es seguro que el K es muy grande para la densidad que está usando.

Espero que estas aclaratorias le ayuden a mejorar su diseño.

(*) Si fueron debidamente manejados durante la instalación y debidamente instalados.

(**) Si está diseñando con el criterio de área/densidad

 

 

 

 

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