Las bombas contra incendios pueden ser cruciales para el rendimiento del sistema de rociadores, y es esencial obtener la máquina adecuada para el trabajo.
Fíjese bien en cualquier edificio alto y probablemente encontrará un letrero que diga “sala de bombas contra incendios” o tal vez una placa junto a la conexión de la tubería vertical con información sobre la presión de la bomba contra incendios. Aunque escondida del público en general, la bomba contra incendios es uno de los componentes más críticos de muchos sistemas de rociadores contra incendios y, sin duda, el más costoso. Su trabajo es proveer necesario flujo de agua y presión a los rociadores contra incendios (y fuentes).
Un sistema de rociadores contra incendios enfría y humedece una habitación durante un incendio, controlando su propagación y evitando descargas disruptivas mortales. Esto, por supuesto, depende de tener suficiente flujo de agua y presión. Y los edificios más grandes con áreas de incendio más extensas pueden necesitar una bomba contra incendios para aumentar el suministro de agua.
En algunos casos, como en áreas rurales, el agua municipal simplemente no tiene suficiente volumen y presión. En otros lugares, el suministro de agua puede ser un pozo, un estanque, un tanque u otra fuente que no esté presurizada. Quizás lo más común es que los edificios de gran altura necesiten bombas contra incendios para vencer la fuerza de la gravedad.
Una bomba contra incendios impulsa el agua, por lo que los rociadores tienen suficiente flujo y presión para controlar el fuego. Pero, ¿qué significa «suficiente»? ¿Cuándo es necesaria una bomba contra incendios y qué tamaño debe tener?
Este artículo analiza cómo se dimensionan las bombas contra incendios en función de los criterios enumerados en los estándares básicos: NFPA 13: Norma para la Instalación de Sistemas de Rociadores (edición 2019) y NFPA 20: Norma para la Instalación de Bombas Estacionarias para Protección contra Incendios (edición 2019).
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La demanda del sistema de rociadores y la curva de suministro de agua
Diseño hidráulico simplificado
Cada sistema de rociadores contra incendios necesita un suministro de agua confiable. Por lo general, esto significa una conexión de agua municipal, pero NFPA 13 permite que los tanques, estanques y pozos también sirvan como suministro de agua (5.2). Cualquiera que sea la fuente, debe ser automático, en otras palabras, funcionar sin intervención humana y empujar el agua a través de los rociadores con suficiente tasa de flujo y presión para proporcionar control de incendios.
Determinar cuánto flujo y presión es suficiente es la cuestión central del diseño del sistema de rociadores contra incendios. Para calcular esto, los ingenieros usan un concepto llamado área de diseño, que es una muestra del edificio más grande. Los ingenieros asumen que cada rociador en el área de diseño se activará en un incendio y calcule la cantidad de flujo de agua y la presión de agua necesaria para hacerlo. NFPA 13 define qué tan grande debe ser un área de diseño (19.3.3.1.4) y cuántos rociadores debe contener (19.3.3.2.3.2).
El área de diseño está destinada a ser el peor de los casos en términos de hidráulica. El “peor de los casos” puede representar el punto mas alto o el punto más lejano. La gravedad y la fricción de las tuberías luchan contra la presión del agua, por lo que la altura y la distancia finalmente inhiben la presión. Además, “en el peor de los casos” puede significar “más inflamable”, una variable medida con categorías denominadas peligros. Por lo general, se prueban varias áreas de diseño para encontrar el peor escenario hidráulico real.
Habiendo identificado el área de diseño, los ingenieros se refieren a los requisitos de NFPA 13 para la densidad del agua (GPM/ft2) y calcular el caudal requerido y, en última instancia, la presión requerida. Estos dos puntos de datos, la presión y el flujo necesarios, se conocen como demanda del sistema.
Para obtener más información sobre cómo funciona este proceso, puede consultar nuestros artículos sobre los elementos del diseño del sistema de rociadores y la cantidad de presión requerida para un sistema de rociadores.
Comparación del suministro de agua y la demanda del sistema
Después de determinar la demanda del sistema, la pregunta crucial es si el suministro de agua está a la altura de esa demanda.
La capacidad de las obras sanitarias municipales, según NFPA 13 (5.2.2.2), se mide con un prueba de flujo de boca de incendios y presentado como un curva de suministro de agua. Se realiza una prueba de flujo utilizando al menos dos bocas de incendio; se coloca un manómetro en uno y el otro se abre para que fluya agua. Debido a que la presión y el flujo están interrelacionados, se requieren dos puntos de datos: presión estática (sin flujo) y presión residual (con el hidrante de flujo abierto de par en par).
Comparar la demanda del sistema y la capacidad de suministro de agua es tan simple como representarlas en el mismo gráfico. Si el punto de demanda del sistema cae por debajo de la curva de suministro de agua, el suministro es suficiente, por lo general. Algunas jurisdicciones exigen un factor de seguridad, un amortiguador de unos pocos PSI, entre la oferta y la demanda, aunque NFPA 13 no lo requiere explícitamente.
Si la demanda del sistema está por encima de la curva de suministro de agua, el suministro de agua es insuficiente. A veces, los diseñadores pueden resolver esto rediseñando el sistema de rociadores contra incendios, eligiendo diferentes rociadores, cambiando el tamaño de las tuberías, etc. Pero con frecuencia, se requiere una bomba contra incendios para compensar la diferencia, especialmente en edificios de gran altura.
Curvas de rendimiento de la bomba contra incendios
Las bombas contra incendios son una parte esencial de cualquier sistema de rociadores contra incendios que las requiera, compensando la diferencia entre el suministro de agua y la demanda del sistema. Además, son fácilmente la pieza individual de equipo más costosa y complicada en un sistema. Entonces, si es administrador de una instalación, vale la pena conocer su bomba contra incendios.
Los fundamentos de las bombas contra incendios.
Específicamente diseñadas, probadas y listadas para la protección contra incendios, las bombas contra incendios impulsan el agua a través de las tuberías, aumentando la presión y el flujo. Se instalan entre la conexión de suministro de agua y el tubo ascendente principal de un sistema de rociadores contra incendios. Allí, por lo general, permanecen inactivos y se encienden cuando la activación de un rociador contra incendios provoca una caída en la presión del sistema.
Si bien todas las bombas realizan la misma función, hay muchas opciones para elegir. Aquí, nos centraremos en las bombas centrífugas, un tipo común. Las bombas centrífugas utilizan un impulsor (similar a una hélice) para acelerar el agua que entra y sale de la carcasa de la bomba.
El tamaño de la bomba se mide de tres maneras, todo lo cual determina la capacidad. Estos son: diámetro del lado de succión (entrada), diámetro del lado de descarga (salida) y diámetro del impulsor. Estas tres dimensiones de la bomba están representadas en una forma abreviada que se ve así:
3x2x11
Arriba, la succión es de 3 pulgadas, la descarga es de 2 pulgadas y el diámetro del impulsor es de 11 pulgadas.
Como veremos en breve, el diámetro del impulsor afecta directamente la capacidad de una bomba para generar flujo y presión: un impulsor más grande significa más de ambos.
Curvas de rendimiento de la bomba contra incendios
Cada bomba contra incendios está clasificada para un caudal particular y la presión correspondiente. Por ejemplo, una bomba puede estar clasificada para producir 200 GPM a 170 PSI. Sin embargo, el caudal real que experimenta una bomba puede variar. Por ejemplo, el caudal puede ser muy alto si se activan muchos rociadores contra incendios durante un incendio. Y si la bomba se dispara accidentalmente (o durante una prueba de bomba contra incendios), el caudal puede ser cero.
Curvas de rendimiento de la bomba contra incendios representan el rendimiento de la bomba contra incendios en una variedad de situaciones. Estas curvas muestran cuánta presión produce una bomba a un caudal determinado e incluyen, como mínimo, estos tres puntos de datos:
- Presión de batido (presión cuando la bomba está funcionando, pero no fluye agua)
- Presión a caudal nominal (“100 %”)
- Presión al 150 % del caudal nominal
Estos datos representan el rango de rendimiento posible de una bomba, desde la agitación hasta el flujo máximo permitido. Esto puede estar mucho más allá del llamado “flujo nominal del 100 %”. Para bombas centrífugas, NFPA 20 especifica que la demanda de flujo del sistema de rociadores nunca debe exceder el 150 % del flujo nominal de una bomba (4.10.2), a veces llamado el punto de sobrecarga.
Puedes leer más sobre rendimiento y pruebas de la bomba en nuestro blog anterior.
Para dimensionar una bomba contra incendios, los diseñadores combinan curvas de bomba y curvas de suministro de agua
Una vez que los ingenieros determinan que se necesita una bomba contra incendios, deben elegir una del tamaño adecuado. La primera consideración al dimensionar una bomba contra incendios es asegurarse de que esté suficientemente grande. En otras palabras, una bomba solo es útil si produce suficiente flujo y presión.
Resolver esto es otra pieza de aritmética. Primero, los diseñadores evalúan múltiples curvas de rendimiento de bombas contra incendios, trazando la curva de suministro de agua y cada curva de rendimiento de bomba en el mismo gráfico. Luego, combinan las curvas al sumarlas, produciendo una nueva curva que muestra el rendimiento del suministro de agua con la bomba.
El rendimiento de múltiples bombas y tamaños de impulsores con el suministro de agua a menudo tendrá que calcularse para encontrar una combinación que funcione bien. También hay consideraciones más avanzadas para el rendimiento de la bomba, incluida la eficiencia y la potencia, pero aquí nos estamos enfocando en el flujo y la presión.
Una bomba debe ser lo suficientemente grande para hacer su trabajo. Sin embargo, las bombas puede también ser también grande. La presión excesiva puede dañar un sistema de rociadores contra incendios. Según NFPA 13, los componentes de rociadores contra incendios sobre el suelo deben tener una clasificación de al menos 175 PSI (7.1.2); si la presión del agua supera esto, se necesitan medidas de diseño especiales para evitar fallas en el sistema.
Más allá del riesgo de daños por agua, vale la pena repetir que las bombas contra incendios son equipos muy caros. Una bomba demasiado potente puede ser una gran cantidad de dinero desperdiciado.
Las bombas contra incendios proporcionan el flujo y la presión esenciales para los sistemas de rociadores y las tuberías verticales
El diseño hidráulico de un sistema a base de agua tiene que ver con la oferta y la demanda. El suministro de agua para un sistema de rociadores contra incendios, generalmente una planta de agua de la ciudad, tiene una capacidad finita y el sistema exige un caudal y una presión de agua específicos para funcionar correctamente. Por lo tanto, si el suministro de agua no satisface la demanda del sistema por sí solo, puede ser necesaria una bomba contra incendios.
Los diseñadores de sistemas evalúan diferentes bombas en función de su rendimiento y la presión de agua dada para dimensionarlas correctamente. Y recuerde: ¡este delicado acto de equilibrio es solo un componente esencial del complejo diseño del sistema a base de agua!
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