Disposiciones de tuberías para bombas contra incendios.

Las instalaciones efectivas de bombas contra incendios requieren que los ingenieros de protección contra incendios consideren numerosos componentes y apliquen correctamente una variedad de estándares de diseño e instalación. Además de abordar los componentes más obvios que componen la instalación de una bomba contra incendios, como la bomba contra incendios, el impulsor, el controlador y la sala de bombas, también se debe prestar especial atención a las tuberías que van hacia, desde y alrededor de la bomba y el equipo asociado con esa tubería.

Si bien NFPA 20: Norma para la instalación de bombas estacionarias para protección contra incendios sirve como la norma principal que aborda el dimensionamiento y la instalación de las tuberías asociadas, siendo la próxima edición la 2016, otros códigos y normas como NFPA 13, NFPA 14, NFPA 22 , NFPA 24, NFPA 25 y NFPA 291, así como los códigos de construcción y contra incendios aplicables, también deben revisarse y aplicarse correctamente según el tipo de sistemas de protección contra incendios atendidos por la bomba contra incendios.

La tubería que conecta el suministro de agua a la bomba contra incendios se denomina tubería de succión. Comprende todas las tuberías, válvulas y accesorios que alimentan agua a la brida de succión de la bomba. La selección e instalación de dicho material de tubería de succión se aborda en NFPA 24, que especifica el uso de ciertos tipos de hierro, acero, concreto, plástico y cobre. Además, NFPA 24 aborda cómo se deben unir la tubería y los accesorios, la profundidad de la cubierta si la tubería está enterrada, la protección de la tubería contra el congelamiento y otros eventos dañinos, la restricción de juntas y las pruebas de aceptación, incluidas las pruebas hidrostáticas y de lavado.

NFPA 20 aborda la disposición de la tubería de succión y los dispositivos asociados. En general, la tubería de succión y los dispositivos asociados deben estar dispuestos de tal manera que se minimice la probabilidad de que entre a la bomba un flujo de agua turbulento y desequilibrado. Tales condiciones disminuyen el rendimiento general de la bomba, pueden provocar una falla repentina del sistema y causar un desgaste prematuro de los componentes del sistema.

El tamaño de la tubería de succión está influenciado principalmente por la demanda hidráulica del sistema de protección contra incendios según lo determinado de acuerdo con los estándares de instalación del sistema apropiados, como NFPA 13 o NFPA 14, y el tamaño de la bomba contra incendios seleccionada. NFPA 24 brinda orientación sobre los tamaños de las tuberías de succión y, en general, establece que para cualquier sistema, la tubería debe tener al menos 6 pulgadas de diámetro nominal. Se permiten tamaños de tubería más pequeños siempre que los cálculos hidráulicos verifiquen que la tubería puede suministrar la demanda necesaria del sistema a la presión requerida correspondiente.

NFPA 22 proporciona una guía específica con respecto a la tubería de succión que conecta un tanque de agua con la bomba contra incendios. Por ejemplo, si el tanque de succión supera los 100 000 galones, el tamaño de la tubería de succión debe tener al menos 10 pulgadas de diámetro (dimensiones nominales). Cuanto más pequeña sea la tubería, más rápido fluirá el agua y, por lo tanto, se producirá un flujo más turbulento. El aumento del tamaño de la tubería reduce la velocidad del flujo y reduce la aparición de turbulencias.

NFPA 20 incluye disposiciones más específicas sobre la tubería de succión donde se instalan las bombas contra incendios y especifica ciertos tamaños de tubería. La filosofía es que la tubería de succión tenga un tamaño tal que cuando la bomba esté funcionando a su caudal máximo, que es el 150 % de su capacidad nominal o el flujo máximo disponible del suministro de agua, la presión manométrica en la brida de succión de la bomba no caiga. por debajo de -3 psi (-0,2 bar). Además, la tubería de succión debe tener un tamaño tal que con la bomba operando al 150 % de su capacidad nominal, también conocido como punto de sobrecarga de la bomba, la velocidad en esa porción de la tubería de succión ubicada dentro de 10 diámetros de tubería aguas arriba de la succión de la bomba brida no exceda los 15 pies/seg (4,57 m/seg). Los flujos de tuberías que exceden esta velocidad son más propensos a la turbulencia. Cuando la tubería de succión difiera en tamaño de la brida de succión de la bomba, se permite el uso de reductores o ampliadores, pero deben ser del tipo cónico excéntrico e instalarse de tal manera que se eviten bolsas de aire.

Además de especificar los tamaños de las tuberías de succión según la capacidad nominal de la bomba contra incendios, NFPA 20 también aborda otros accesorios del sistema que podrían causar un flujo turbulento o desequilibrado hacia la bomba contra incendios. Cuando se consideren válvulas antirretorno o válvulas de retención, deben ubicarse a un mínimo de 10 diámetros de tubería desde la brida de succión de la bomba. Si el dispositivo de contraflujo incorpora válvulas de mariposa, el dispositivo debe instalarse al menos a 50 pies de la brida de succión de la bomba. De hecho, el criterio de 50 pies se aplica a cualquier válvula, que no sea una válvula de compuerta exterior de tornillo y yugo, instalada en la tubería de succión.

Los codos y las tes en la tubería de succión también merecen una consideración especial. Dichos dispositivos deben ubicarse y posicionarse con respecto a la orientación de su plano de línea central. Cuando el plano de la línea central sea paralelo al eje horizontal de una bomba contra incendios de carcasa dividida, el codo o T debe ubicarse a una distancia de al menos 10 diámetros de tubería desde la brida de succión de la bomba contra incendios. Si el plano de la línea central es perpendicular al eje horizontal de la bomba de carcasa dividida, no se imponen limitaciones en la ubicación del codo o la T.

Es importante reconocer que NFPA 20 solo aborda el tamaño de la tubería de succión dentro de los 10 diámetros de tubería de la brida de succión de la bomba, mientras que NFPA 22 aborda el tamaño de la tubería conectada al tanque. Las disposiciones de NFPA 24 se aplicarían cuando los requisitos de NFPA 20 y NFPA 22 no tengan prioridad.

NFPA 20 define la tubería y el equipo de descarga como la tubería, las válvulas y los accesorios que se extienden desde la brida de descarga de la bomba hasta el lado del sistema de la válvula de control de descarga. Prácticamente, cualquier tubería, válvula o accesorio aguas abajo de la válvula de control de descarga de la bomba contra incendios ya no se considera parte de la tubería de descarga. Dicha tubería, válvulas y accesorios se consideran parte de la tubería de suministro para el sistema de protección contra incendios al que sirve la bomba contra incendios. En el caso de un sistema de rociadores verticales, los requisitos de NFPA 13 se aplicarían desde el punto de la válvula de control de descarga de la bomba.

NFPA 20 aborda el tamaño de la tubería de descarga y los accesorios asociados, y requiere que todas las tuberías de descarga sobre el suelo estén compuestas de acero. En ciertos casos, se permite que la tubería de descarga tenga un diámetro más pequeño que la tubería de succión porque la velocidad del flujo de agua no es de la misma preocupación en el lado de descarga de la bomba. El tamaño de la tubería de descarga tiene un efecto sobre la pérdida por fricción, pero ese efecto puede tenerse en cuenta a través del análisis hidráulico. Al igual que con los tamaños de las tuberías de succión, NFPA 20 especifica los diámetros mínimos de las tuberías de descarga en función de la capacidad nominal de la bomba contra incendios.

Se debe instalar una válvula de control en la tubería de descarga para que la bomba pueda aislarse para el servicio y las reparaciones. Se desaconsejan las válvulas adicionales para minimizar la posibilidad de que una válvula se cierre inadvertidamente y no se vuelva a abrir, una preocupación siempre presente con los sistemas de protección contra incendios a base de agua. Se permite que la válvula de control sea cualquier tipo de válvula listada para servicio de protección contra incendios, incluida una válvula de mariposa, porque la turbulencia no es tan crítica en el lado de descarga de la bomba.

También se debe instalar una válvula de retención en la tubería de descarga, entre la bomba contra incendios y la válvula de control de descarga. La válvula de retención de descarga atrapa la presión más alta en el sistema de protección contra incendios después de que se detiene la operación de la bomba contra incendios. La válvula de retención también evita que otras fuentes de flujo de agua en el sistema, como a través de una conexión del departamento de bomberos, fluyan de regreso a la bomba contra incendios.

NFPA 20 requiere que la clasificación de presión de los componentes de descarga, incluidas todas las tuberías, accesorios y válvulas, sea adecuada para la presión de descarga total máxima con la bomba funcionando en condiciones de agitación a la velocidad nominal de la bomba.

Una derivación es un arreglo de tuberías alrededor de la bomba contra incendios que se puede usar para suministrar agua al sistema de protección contra incendios en caso de que la bomba falle o se ponga fuera de servicio. Dicha tubería de derivación debe tener el tamaño requerido para la tubería de descarga.

Se requiere tubería de derivación cuando se considera que el suministro de agua es de "valor material" para el sistema de protección contra incendios sin el uso de la bomba contra incendios. Si bien este es un requisito bastante subjetivo, las líneas de derivación generalmente se requieren cuando el suministro de agua lo proporciona una tubería de servicio de bomberos presurizada, como una red de agua municipal o una tubería de servicio de bomberos privada. Cuando el suministro de agua para el edificio proviene de un suministro fijo independiente privado, como el tanque de succión, se dispone de una presión mínima debido a la altura de elevación del agua almacenada en el tanque, pero generalmente no se considera de valor material. Sin embargo, esto debe verificarse a través de un análisis hidráulico y debe confirmarse con las autoridades respectivas que tengan jurisdicción.

Es necesario instalar una válvula de retención en la tubería de derivación para que el flujo de la descarga de la bomba no pueda recircular de regreso a la succión de la bomba. Además, las válvulas de control deben instalarse a cada lado de la válvula de retención para que la válvula de retención pueda aislarse para el mantenimiento.

Una bomba contra incendios debe operar solo durante condiciones de incendio o cuando se está probando. No se debe usar una bomba contra incendios para mantener las presiones del sistema en condiciones que no sean de incendio. La activación de una bomba contra incendios proporciona una señal de alarma, ya que indica el funcionamiento del sistema de protección contra incendios, y dicha activación de la bomba contra incendios en condiciones que no sean de incendio serviría como una falsa alarma. Las bombas de mantenimiento de presión, también denominadas bombas "jockey", se utilizan para mantener las presiones dentro del sistema de protección contra incendios en condiciones que no son de incendio.

Muchos sistemas de protección contra incendios llenos de agua están diseñados para que estén presurizados en su instalación. Una válvula de retención del sistema sirve para mantener las presiones del sistema. Durante un evento de incendio, la activación de un rociador o la apertura de una válvula de tubería vertical provocará una caída en la presión del sistema, que será detectada por el interruptor de presión en un controlador de bomba contra incendios. A su vez, esto iniciará la activación de la bomba contra incendios.

También pueden ocurrir pérdidas menores de presión aguas abajo de la válvula de retención de la bomba contra incendios en condiciones que no sean de incendio. Las pérdidas de presión pueden ocurrir debido a la filtración de agua a través de las válvulas de retención o accesorios con fugas, o cambios en la temperatura del sistema. Con respecto a la temperatura, las bolsas de aire suelen quedar atrapadas en las tuberías del sistema. Los cambios de temperatura ambiente en la proximidad de la tubería del sistema de protección contra incendios harán que las bolsas de aire fluctúen en tamaño, variando así la presión relativa en la tubería del sistema. Una gran disminución de la temperatura ambiente en el almacén, como la que podría ocurrir en un espacio no acondicionado durante un período de 24 horas, puede causar una caída de presión notable, que podría detectarse mediante el interruptor de presión de la bomba contra incendios.

Las bombas Jockey mitigan las falsas alarmas al compensar las pequeñas fluctuaciones de presión en las tuberías del sistema y devolver el sistema a su rango normal de presión estática en condiciones que no sean de incendio. Al igual que con una bomba contra incendios, la instalación de la bomba jockey incluirá un controlador con un interruptor de presión. El interruptor de presión de la bomba jockey normalmente se ajusta a una presión más alta para que la bomba jockey arranque antes que la bomba contra incendios. Tenga en cuenta que cada controlador, el de la bomba jockey y el de la bomba contra incendios, debe tener su propia línea de detección de presión independiente que conecte el sistema de protección contra incendios con los interruptores de presión en cada controlador.

Las bombas jockey son bombas de bajo caudal y alta presión que normalmente no pueden mantener las presiones del sistema después de la activación de un solo rociador. Cuando funciona un rociador o se abre la salida de una tubería vertical, la bomba jockey funciona pero no puede mantener la presión adecuada del sistema debido al volumen relativamente alto de flujo de agua de un rociador en funcionamiento o una salida abierta en comparación con el de un accesorio con fugas. La presión dentro del sistema continúa cayendo hasta que la bomba contra incendios arranca y produce el flujo y la presión necesarios para el sistema operativo.

Las bombas jockey no son necesarias como parte de la instalación de la bomba contra incendios. Sin embargo, se necesitan algunos medios para mantener la presión del sistema en condiciones que no sean de incendio sin depender de la bomba contra incendios como bomba de mantenimiento de presión. Las bombas jockey no requieren una lista como equipo de protección contra incendios. Cualquier bomba que pueda producir la presión necesaria es aceptable. En general, las bombas jockey están dimensionadas para que su caudal sea inferior al esperado del rociador de orificio más pequeño del sistema, lo que permite que la presión del sistema caiga y que la bomba contra incendios se active correctamente. Aunque las bombas jockey y sus controladores no requieren una lista, NFPA 20 incluye una serie de requisitos que abordan su instalación. Como se indicó anteriormente, es necesario confirmar que el controlador de la bomba jockey tiene una línea de detección de presión independiente de la de la bomba contra incendios.

Cada instalación de bomba contra incendios debe contar con medios de prueba para garantizar un funcionamiento adecuado. Como mínimo, se deben proporcionar arreglos para evaluar la bomba en su condición nominal así como en su condición de sobrecarga (150% de su capacidad nominal). Los medios de prueba deben permitir el flujo y descarga de cantidades significativas de agua. NFPA 20 incluye disposiciones para dimensionar la tubería utilizada para la prueba. Dicha prueba se lleva a cabo durante la aceptación inicial y/o puesta en marcha de la instalación de la bomba contra incendios, y anualmente de acuerdo con NFPA 25.

NFPA 20 permite tres tipos diferentes de arreglos de prueba. Estos arreglos incluyen el uso de una salida de descarga, como un cabezal de prueba, donde el agua se descarga a la atmósfera a través de mangueras y boquillas conectadas y se toman las lecturas de presión y flujo adecuadas. Los otros dos métodos involucran un dispositivo de medición que se usa para medir el flujo producido por la bomba contra incendios. El dispositivo de medición está instalado en un circuito de tubería que está dispuesto de modo que la descarga de la bomba circule de regreso al tanque de suministro de agua, o dispuesto de modo que la descarga de la bomba circule directamente de regreso a la línea de succión que alimenta la bomba contra incendios. Este último arreglo se conoce como medición de circuito cerrado.

Para arreglos de medición de circuito cerrado, NFPA 20 requiere que se proporcione un medio alternativo para medir el flujo, como a través de un cabezal de prueba. Es importante reconocer que los medios alternativos para medir el flujo deben instalarse aguas abajo y en serie con el medidor de flujo. NFPA 25 incluye disposiciones de que los dispositivos de medición de bombas contra incendios se recalibran cada 3 años. Ubicar los medios alternativos para medir el flujo (cabezal de prueba) de la manera requerida por NFPA 20 facilita esta actividad de calibración y asegura mejor una evaluación precisa del rendimiento de la bomba contra incendios.

Como se indicó anteriormente, se puede instalar un cabezal de prueba sin el uso de un dispositivo de medición y un bucle. Ubicado en el lado de descarga de la bomba, el cabezal de prueba debe instalarse en una pared exterior del cuarto de bombas o casa de bombas, o en otro lugar fuera del cuarto de bombas para permitir una descarga de agua adecuada durante la prueba. Las mangueras se conectan al cabezal de prueba durante la prueba para permitir la descarga y la medición adecuadas del flujo de agua. El flujo del cabezal de prueba generalmente se mide usando un medidor de Pitot u otro dispositivo de medición de flujo colocado en la corriente de flujo. Consulte NFPA 291 para obtener más información sobre los procedimientos de prueba de flujo. El manómetro pitot registra una presión de velocidad de la descarga de flujo, que luego se puede convertir a un caudal usando una fórmula o tabla de conversión.

La conexión para el cabezal de prueba debe estar entre la válvula de retención de descarga y la válvula de control de descarga para el conjunto de la bomba. Esto permite probar la bomba incluso cuando la válvula de control está cerrada, aislando la bomba del resto del sistema.

El tamaño de la tubería que conduce al cabezal de prueba y el número de conexiones de manguera depende del tamaño de la bomba. Esto se aborda específicamente en NFPA 20. En el caso de una bomba de 1250 gpm, una tubería de al menos 8 pulg. de diámetro es necesario. El cabezal de prueba en sí consistirá en seis de 2,5 pulgadas. válvulas de manguera y salidas. Cuando la longitud de la tubería que conduce al cabezal de prueba de la válvula de la manguera tiene más de 15 pies de longitud, se debe usar el siguiente tamaño de tubería más grande, como se indica en NFPA 20.

Además, la tubería se puede dimensionar mediante el uso de cálculos hidráulicos basados ​​en un flujo total del 150 % de la capacidad nominal de la bomba. Este cálculo hidráulico debe incluir la pérdida por fricción para la longitud total de la tubería más cualquier longitud equivalente de accesorios, válvulas de control y válvulas de manguera, y pérdidas de elevación entre la brida de descarga de la bomba y las salidas de la válvula de manguera. Luego, este cálculo hidráulico debe verificarse mediante una prueba de flujo.

Una válvula de alivio de presión es un dispositivo en el lado de descarga de la bomba contra incendios que se puede usar para evitar la sobrepresurización del sistema. La válvula de alivio de presión funciona cuando la presión en el sistema alcanza un nivel inaceptablemente alto, como puede ocurrir durante una condición de exceso de velocidad del motor. La operación de la válvula de alivio de presión hace que la presión en el sistema caiga. Un tipo de válvula de alivio de presión emplea un mecanismo de resorte ajustable. Cuando la presión en el sistema alcanza un nivel predeterminado, la presión del sistema supera la fuerza del resorte y fuerza la apertura de la válvula. Otro tipo de válvula de alivio de presión utiliza un diafragma operado por piloto que fuerza la apertura de la válvula cuando la presión en el sistema alcanza un nivel predeterminado. Con cualquiera de estos tipos de válvulas, se espera un flujo de descarga sustancial y debe tenerse en cuenta adecuadamente.

NFPA 20 permite el uso de válvulas de alivio de presión solo bajo dos condiciones. El primero se refiere a las instalaciones en las que interviene un accionador de bomba con motor diésel. El segundo aborda las instalaciones que involucran controladores limitadores de presión de velocidad variable para motores eléctricos o motores diesel. Tenga en cuenta que si se instalan válvulas de alivio de presión, NFPA 20 impone una serie de restricciones en la disposición y el tamaño de la descarga de la válvula de alivio según el lugar al que se conduzca la descarga. En resumen, NFPA 20 no permite el uso de válvulas de alivio de presión como un medio para limitar la presión del sistema en condiciones normales de funcionamiento del sistema, es decir, como sustituto de componentes del sistema de mayor presión nominal.

Para su amplia gama de aplicaciones, los motores diesel están diseñados y construidos para operar en un rango de velocidades. A los efectos de impulsar una bomba contra incendios, un motor diesel debe funcionar a su velocidad nominal o cerca de ella, de modo que la bomba contra incendios produzca los flujos y presiones deseados. Sin embargo, se produce una exploración de situación en la que el motor diésel funciona más rápido que su velocidad nominal, lo que crea una condición de sobrevelocidad que produce presiones excesivas en el sistema que podrían causar una falla catastrófica del sistema o una vida útil más corta de los componentes del sistema.

Desde el punto de vista de la teoría hidráulica (leyes de afinidad de la bomba), un pequeño aumento en la velocidad de la bomba contra incendios o del impulsor crea un aumento sustancialmente mayor en las presiones del sistema, es decir, la presión desarrollada es proporcional al cuadrado de la velocidad de rotación de las bombas. Por lo tanto, las bombas que funcionan a velocidades superiores a su velocidad nominal pueden ser motivo de preocupación. NFPA 20 incluye una serie de disposiciones que abordan la sobrevelocidad del motor y la sobrepresurización del sistema.

Donde exista la posibilidad de una condición de sobrevelocidad de un motor diesel, y dicha condición de sobrevelocidad resulte en una presión del sistema superior a la presión nominal de los componentes del sistema, que normalmente es de 175 psi. Específicamente, NFPA 20 requiere una válvula de alivio de presión en la tubería de descarga donde un total del 121 % de la presión nominal neta de cierre (churn) más la presión de succión estática máxima, ajustada por elevación, excede la presión para la cual están clasificados los componentes del sistema. .

Para facilitar la prevención de una situación de sobrevelocidad y sobrepresión del motor, NFPA 20 también requiere la instalación de un regulador del motor para regular la velocidad del motor. Se requiere que el gobernador sea capaz de limitar la velocidad máxima del motor al 110 % de su velocidad nominal, lo que da como resultado una presión máxima del sistema del 121 % de la presión de agitación de la bomba contra incendios. Sin embargo, la falla del gobernador daría como resultado una condición de sobrevelocidad más crítica. Como tal, también se requiere un dispositivo de parada por exceso de velocidad que detecte la velocidad del motor y apague el motor cuando funciona a una velocidad superior al 20 % por encima de su velocidad nominal. Cuando el dispositivo de apagado por exceso de velocidad funciona, envía una señal al controlador de la bomba contra incendios que impide el reinicio automático del motor hasta que se investigue la situación. Sin embargo, la bomba se puede reiniciar manualmente a través del controlador.

Otro medio de regular la velocidad del motor y la sobrepresurización del sistema es mediante el uso de un controlador equipado con un control limitador de presión de velocidad variable. Dicho dispositivo limita la presión de descarga total producida por la bomba contra incendios al reducir la velocidad del impulsor de la bomba, ya sea un motor eléctrico o un motor diesel. Por lo tanto, la prevención de la sobrepresión se logra alterando la velocidad del conductor. Sin embargo, cuando se utiliza un controlador limitador de presión de velocidad variable y la cabeza de descarga total máxima ajustada para la elevación con la bomba operando cerrada y la velocidad nominal excede la clasificación de presión de los componentes del sistema, NFPA 20 requiere la instalación de un dispositivo de alivio de presión. válvula.

Las instalaciones de bombas contra incendios suelen ser complejas y requieren la coordinación de varios equipos mecánicos y eléctricos, así como la aplicación correcta de varias normas de instalación y reglamentos locales. Se debe prestar la debida atención no solo al dimensionamiento y la conexión de los componentes más obvios, como la bomba contra incendios, el controlador y el impulsor, sino también a la disposición de las tuberías asociadas y los dispositivos adjuntos. Sin un esfuerzo bien coordinado que aborde todos los aspectos asociados de la instalación, la vida útil del equipo de la bomba contra incendios puede reducirse severamente y, lo que es más importante, no se puede esperar que la bomba contra incendios funcione de manera efectiva durante su momento más crítico, cuando ocurre un incendio. ocurre.

Milosh Puchovsky, PE, FSFPE, es profesor de práctica en el departamento de ingeniería de protección contra incendios del Instituto Politécnico de Worcester. Es presidente electo de la Sociedad de Ingenieros de Protección contra Incendios y es miembro de varios Comités Técnicos de la NFPA, incluidos los criterios de descarga de bombas contra incendios y sistemas de rociadores.

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