Las tasas de presión y flujo inferiores a las esperadas en los sistemas de tuberías verticales pueden indicar problemas subterráneos

Algunos sistemas de tuberías verticales están diseñados para fluir hasta 1250 galones por minuto. No necesitamos hablar de lo rápido que esto podría llenar una piscina olímpica, regar un campo de golf o regar un acre de tierras de cultivo para subrayar lo rápido que una falla en el suministro de agua que alimenta un sistema de tubería vertical puede convertir un césped cercano en un pantano. . Si bien la mayoría de las fugas en las tuberías subterráneas de protección contra incendios no son tan obvias, hay mucho en juego, tanto para prevenir daños por agua como para controlar incendios.

En este artículo, analizamos cómo los procedimientos de prueba de tuberías verticales, incluidas las pruebas hidrostáticas y de flujo, pueden señalar una fuga subterránea. También puede leer la próxima entrega de esta serie para obtener información sobre la tecnología que utilizan los contratistas para localizar y reparar con precisión las fugas subterráneas de las tuberías verticales.

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Las inspecciones visuales no son prácticas para las tuberías subterráneas de protección contra incendios

La mayoría de los sistemas de fuentes de agua extraen agua de una tubería principal de agua de la ciudad. Si bien los edificios grandes pueden tener tanques o depósitos, y mientras que los sistemas manuales secos de tubería vertical obtienen agua de las mangueras contra incendios, los sistemas automáticos y semiautomáticos de tubería vertical a menudo dependen de tuberías subterráneas para un suministro permanente de agua.

Instalación de una tubería principal de agua
Los empleados de la ciudad en Coeur d’Alene, Idaho, instalan una nueva tubería para una tubería principal de agua municipal, que se usa para suministrar agua a los sistemas de protección contra incendios. Fuente: Ciudad de Coeur d’Alene

Estas tuberías son críticas, pero también son particularmente difíciles de inspeccionar. Las pautas de la Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA, por sus siglas en inglés) requieren que los propietarios de edificios hagan revisar las tuberías sobre el suelo cada año para detectar daños. Pero las tuberías subterráneas son inusuales porque solo se inspeccionan cuando se prueban y aprueban por primera vez.

Las normas de la NFPA para la inspección de tuberías subterráneas que sirven a los sistemas de tuberías verticales se encuentran en NFPA 25: Norma para la inspección, prueba y mantenimiento de sistemas de protección contra incendios a base de agua. NFPA 25 no proporciona ningún requisito vinculante para las inspecciones de tuberías subterráneas existentes. En cambio, ofrecen comentarios muy breves en la sección «7.2.2.2* Tuberías Subterráneas.

De la edición 2017 de NFPA 25

A.7.2.2.2 Por lo general, las tuberías subterráneas no se pueden inspeccionar de forma rutinaria. Sin embargo, las pruebas de flujo pueden revelar el estado de las tuberías subterráneas y deben realizarse de acuerdo con la Sección 7.3.

Los inspectores y funcionarios del código observan de cerca la tubería mientras aún está expuesta. Pero una vez que se aprueba y se entierra, las inspecciones quedan descartadas, y las mediciones de flujo se convierten en la mejor forma de descubrir problemas.

Las tuberías subterráneas, una especie de tubería principal contra incendios, a menudo quedan expuestas durante las pruebas de aceptación.

El éxito de la mayoría de los sistemas de tuberías verticales depende del estado de las tuberías subterráneas de protección contra incendios. Es más fácil detectar problemas como fugas durante la construcción, cuando las tuberías permanecen expuestas y visibles. Como tal, las primeras pruebas de los sistemas de tuberías verticales analizan las tuberías subterráneas.

Para conocer las reglas que rigen la mayoría de las pruebas de aceptación, los instaladores recurren a NFPA 14: Norma para la instalación de sistemas de tuberías verticales y mangueras. Pero sorprendentemente, NFPA 14 tiene poco que decir sobre las tuberías subterráneas:

De la edición 2016 de NFPA 14

6.2 Tuberías Subterráneas. Las tuberías subterráneas deben estar de acuerdo con NFPA 24.

Aquí, «tuberías subterráneas» significa solo tuberías enterradas. Las tuberías expuestas al aire, como las tuberías a nivel del sótano, no entran en esta categoría. NFPA describe ese tipo de tubería enterrada como una tubería principal de servicio privado contra incendios: tubería y accesorios que conectan una fuente de agua a un sistema de protección contra incendios. Para obtener más información, los contratistas consultan NFPA 24: Norma para la Instalación de Redes Privadas de Servicio Contra Incendios y sus Accesorios.

Ilustración principal de fuego
Este anuncio de servicio público ofrece una mirada a una «tubería de agua» típica o tubería principal de servicio de bomberos privada, detallada en NFPA 24. Fuente: Ciudad de South St. Paul, MN

Para la prueba de aceptación de estas tuberías, NFPA 24 primero requiere que se enjuaguen por completo. Después de eso, los contratistas usan agua a presión, en un proceso conocido como prueba hidrostática, para verificar si hay fugas. Dejar abiertas las zanjas de las tuberías puede facilitar mucho la detección de fugas.

De la edición 2019 de NFPA 24

10.10.2.2.4* La zanja deberá rellenarse entre las juntas antes de la prueba para evitar el movimiento de la tubería.

Las zanjas abiertas aceleran las pruebas, pero el riesgo de una caída o un derrumbe puede hacer que una zanja profunda sea «una tumba abierta que espera ser llenada». NFPA 24 permite a los contratistas cubrir tuberías y juntas siempre que reparen las fugas expuestas por estas pruebas.

Las pruebas hidrostáticas utilizan agua a alta presión para comprobar las tuberías subterráneas que sirven a los sistemas de tuberías verticales

Idealmente, las uniones que mantienen unidas las tuberías subterráneas permanecen expuestas durante las pruebas de aceptación. Los instaladores también deben tener en cuenta el estado de los bloques de empuje, que evitan las fugas al fijar las juntas y los accesorios en su lugar. Estos bloques, que a menudo consisten en hormigón, deben endurecerse por completo antes de que comiencen las pruebas.

Un bloque de empuje
Los bloques de empuje anticipan y detienen el movimiento de las juntas en las tuberías subterráneas de protección contra incendios. Fuente: Traxco

Luego, los instaladores pueden llenar las tuberías con agua limpia y agregar presión al sistema usando una bomba de prueba hidrostática. Luego, la tubería principal del servicio de bomberos privado debe retener el agua durante dos horas y se deben monitorear las lecturas de presión. Solo es aceptable una pequeña pérdida de presión.

De la edición 2019 de NFPA 24

10.10.2.2.1* Todas las tuberías y accesorios adjuntos sujetos a la presión de trabajo del sistema se someterán a pruebas hidrostáticas a una presión manométrica de 200 psi (14 bar) o 50 psi (3,4 bar) por encima de la presión de trabajo del sistema, la que sea mayor, y deberán mantener esa presión en el valor manométrico. presión de +/-5 psi (0,3 bar) durante 2 horas.

La falla de estas tuberías presurizadas llenas de agua puede causar inundaciones. Pero la alternativa, las pruebas de presión de aire, pueden resultar catastróficas. El aire comprimido puede romperse y descargar pedazos de la pared de la tubería a altas velocidades, hiriendo o matando a las personas cercanas. Aún así, algunos contratistas realizan pruebas de aire a baja presión, o «pruebas previas», para confirmar que las uniones de las tuberías estén selladas correctamente antes de las pruebas hidrostáticas. Las pruebas a 40 libras por pulgada cuadrada (PSI) o menos pueden exponer las fugas de manera segura.

No toda pérdida de presión indica una fuga. NFPA 24 agrega que algunos materiales, como el polibutileno, pueden expandirse al principio, causando una pérdida de presión. Como tal, es importante leer las especificaciones del fabricante para hacer un diagnóstico preciso.

La pérdida de agua aceptable, o “drenaje”, aumenta con el tamaño y la presión del sistema

Al principio, las reglas de NFPA 24 sobre los resultados de las pruebas de presión parecen firmes en el tema de la pérdida de agua. Durante las pruebas hidrostáticas, no se pueden producir fugas visibles y solo una pequeña pérdida de presión.

De la edición 2019 de NFPA 24

10.10.2.2.2 Los resultados aceptables de la prueba se determinarán mediante la indicación de una pérdida de presión inferior a la presión manométrica de 5 psi o por ausencia de fugas visuales.

Si bien es aceptable cierta pérdida de presión debido a pequeñas fugas de juntas subterráneas, las pérdidas superiores a 5 PSI indican una fuga grave que necesita reparación. Pero no toda pérdida de agua constituye una fuga, al menos en lo que respecta a NFPA 24. En la sección 10.10.2.2.6, NFPA 24 proporciona una fórmula que especifica cuánta agua se puede agregar al sistema para mantener las presiones de prueba requeridas.

Fórmula de asignación de prueba
  • L = asignación de prueba (agua de reposición), en galones por hora
  • S = longitud de tubería probada, en pies
  • D = diámetro nominal de la tubería, en pulgadas
  • P = presión de prueba promedio durante la prueba hidrostática, en libras por pulgada cuadrada (manométrica)

En esta fórmula, «L» significa permitido pérdida, o «llanto». Esto significa que pequeñas gotas de agua pueden salir de las tuberías subterráneas en los sistemas de tuberías verticales en cantidades limitadas. La cantidad crece a medida que aumenta la longitud y el diámetro de la tubería. Las presiones más altas también aumentan la cantidad de agua que pueden perder las tuberías subterráneas. Pero se necesita un gran aumento en la presión para hacer un aumento modesto en la pérdida permitida. Una presión promedio de 200 PSI multiplica la pérdida permitida por aproximadamente 14, mientras que las presiones promedio de 250 PSI multiplican la pérdida permitida por aproximadamente 16.

Las pruebas de flujo requeridas pueden descubrir fugas u otros problemas en las tuberías subterráneas que sirven a los sistemas de tuberías verticales.

Las pruebas hidrostáticas con inspección visual son la forma habitual de detectar fugas durante la aceptación. pruebas Pero, ¿qué pasa con las fugas que surgen después de que se pone en servicio la tubería subterránea de la fuente?

Las reglas de NFPA 25 para probar sistemas de tuberías verticales incluyen pruebas de flujo regulares para equipos subterráneos, incluidas tuberías subterráneas, en la sección 7.3. Hemos descrito una versión básica de esta prueba en nuestra entrada sobre el tubo de Pitot, una herramienta hecha para medir el flujo. Durante las pruebas de flujo, los inspectores comparan las tasas de flujo actuales con un punto de referencia, ya sea mediciones anteriores o una tasa requerida, para averiguar si las tuberías pueden mover el agua lo suficientemente rápido.

De la edición 2017 de NFPA 25

7.3 Pruebas.

7.3.1* Pruebas de flujo de tuberías subterráneas y expuestas. Las tuberías subterráneas y expuestas se someterán a pruebas de flujo en intervalos mínimos de 5 años.

7.3.1.1 Cualquier resultado de la prueba de flujo que indique un deterioro del flujo de agua disponible y la presión debe investigarse a completa satisfacción de la autoridad competente para garantizar que el flujo y la presión requeridos estén disponibles para la protección contra incendios.

Una cañería privada de bomberos que no hace fluir el agua tan rápido como solía hacerlo puede tener una serie de problemas. Él Manual NFPA 25—una fuente de más detalles sobre este tema— explica que las tuberías subterráneas y los accesorios conectados a menudo se degradan. El óxido, los escombros, la basura y las fugas pueden reducir las tasas de flujo.

Dentro de una tubería bloqueada
Si bien la corrosión y las fugas a menudo van de la mano, los flujos reducidos en las tuberías subterráneas de los tubos verticales tienen muchas causas. Fuente: Imgur

Los inspectores pueden comenzar a identificar el origen del problema utilizando un proceso llamado análisis de gradiente hidráulico. A medida que el agua se mueve a través de una tubería, la fricción entre la pared de la tubería y el agua provoca una pérdida de presión. Este fenómeno, conocido como pérdida por fricción, se vuelve más intenso a medida que las tuberías se hacen más largas. Al estimar cuánta presión tendría la tubería nueva, teniendo en cuenta la pérdida por fricción, y observando las presiones actuales en puntos específicos a lo largo de la tubería subterránea, los contratistas pueden inferir qué sección o secciones de la tubería pueden tener una fuga o un bloqueo.

Las bocas de incendio se pueden usar para probar el flujo de las tuberías principales del servicio contra incendios para los sistemas de tubería vertical, pero hay otras opciones disponibles.

Algunas redes privadas de servicios contra incendios dan servicio a más de un sistema de protección contra incendios. Cuando esas tuberías suministran agua a un sistema de tubería vertical y a hidrantes contra incendios, las pruebas de flujo pueden verse así:

  • Un manómetro en un hidrante lee la presión estática (la presión sin flujo de agua).
  • Los contratistas abren hidrantes en puntos cuidadosamente elegidos a lo largo de la tubería principal.
  • Los tubos de Pitot miden la presión del agua que fluye de los hidrantes abiertos.
  • Los contratistas convierten esta presión (presión de velocidad) en caudales en galones por minuto (GPM).

Estos caudales se comparan con caudales esperados o pasados. Si, a una presión estática dada, estas salidas no hacen fluir el agua tan rápido como solían hacerlo, es posible que haya una fuga o un bloqueo.

Prueba de flujo de boca de incendio
Los tubos de Pitot miden la presión del agua que fluye. Estas lecturas dan a los inspectores una idea de los problemas que enfrentan las tuberías subterráneas de protección contra incendios. Fuente: Base de la Fuerza Aérea Andersen

Como sugiere NFPA 25, las bocas de incendio no son necesarias para las pruebas de flujo de tuberías subterráneas. Si, en cambio, una tubería va directamente desde la tubería principal de agua hasta el sistema de tubería vertical, los contratistas pueden medir las tasas de flujo en otras salidas.

De la edición 2017 de NFPA 25

A.7.3.1 Las pruebas de flujo total de las tuberías subterráneas se pueden lograr mediante métodos que incluyen, entre otros, flujo a través de hidrantes de patio, conexiones del departamento de bomberos una vez que se ha quitado la válvula de retención, conexiones de drenaje principal y conexiones de mangueras. La prueba de flujo debe realizarse de acuerdo con NFPA 291.

Cada conexión del departamento de bomberos FDC (Siamesa) cuenta con una válvula de retención que permite que el agua fluya hacia adentro, pero no hacia afuera, del sistema de tubería vertical. Para usar un FDC (Siamesa) en una prueba de flujo, será necesario quitar, desviar o desactivar la válvula de retención (quitando la clapeta). Los contratistas también pueden usar otras salidas, como el drenaje principal o las conexiones de mangueras cerca de la tubería principal del servicio de bomberos privado.

Las herramientas para pruebas de flujo y presión ayudan a los contratistas a dar los primeros pasos hacia las reparaciones

Los flujos bajos o la pérdida de presión pueden indicar serios problemas con las tuberías subterráneas. En la segunda parte de esta serie, hablamos sobre cómo los contratistas identifican y reparan fugas en tuberías subterráneas de protección contra incendios, observamos herramientas que encuentran fugas sin romper el suelo y las opciones para reparar o reemplazar tuberías dañadas.

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