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, no son claras. Como genera tantas dudas y confusiones el tema, me permito escribir un artículo de memoria al respecto, solo para dejar las observaciones y comentarios de los lectores para mejorar el artículo. 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 estándar, montante o colgante, de los llamados ¹CMDA sprinklers (los anteriormente llamados SSU/SSP, o simplemente rociadores estándar) , la mínima presión de operación de éstos es de 7 psi.

Esta presión es la mínima de prueba que usa el fabricante para fines de listamiento del rociador. Este es 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 cálculo hidráulico, error típico de algunos diseñadores.

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 cómo 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:

Este rociador debe liberar,teóricamente, un caudal igual a la densidad por el área de cobertura, para poder satisfacer la densidad de diseño, esto es:

despejamos P, que sería:

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 más remoto (que es el que se necesita garantizar que cumple el caudal mínimo).

http://www.catalogonfpa.org/producto/nfpa13-2019/

La otra presión de interés en un rociador es la PRESIÓN MÁXIMA DE TRABAJO, que se relacionar con la presión de trabajo en el sistema. Esta presión viene indicada en la hoja 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 hidrostática, que de acuerdo a la NFPA 13 debe ser de 200 psi por dos horas, 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 (permítanme usar el término) no tiene sentido.

La NFPA solo desea garantizar que el sistema podrá soportar en forma sostenida una presión 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 necesariamente 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 OPERACIÓN, para el riesgo específico 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 instantáneamente sea superior a 175 psi, o incluso si se mantiene por cierto tiempo.
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 cálculo hidráulico resultan presiones menores a 7 psi (rociadores estándar) es seguro que el K es muy grande para la densidad que está usando.

Espero que estas aclaratorias le ayuden a mejorar su diseño.