Disposiciones de tuberías para bombas contra incendios.

Las instalaciones eficaces 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 una instalación de 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 al 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 de 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 conoce como 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 la norma NFPA 24, que especifica el uso de ciertos tipos de hierro, acero, concreto, plástico y cobre. Además, NFPA 24 aborda cómo se deben unir las tuberías 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 las 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. Generalmente, la tubería de succión y los dispositivos asociados deben disponerse de tal manera que se minimice la probabilidad de que un flujo de agua turbulento y desequilibrado ingrese a la bomba. Tales condiciones disminuyen el rendimiento general de la bomba, pueden provocar una falla repentina del sistema y causar 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, determinada de acuerdo con las normas de instalación del sistema apropiadas, como NFPA 13 o NFPA 14, y el tamaño de la bomba contra incendios seleccionada. NFPA 24 proporciona orientación sobre los tamaños de las tuberías de succión y generalmente 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 orientación específica con respecto a las tuberías de succión que conectan un tanque de agua con la bomba contra incendios. Por ejemplo, si el tanque de succión excede 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. Aumentar el tamaño de la tubería reduce la velocidad del flujo y reduce la aparición de turbulencias.

NFPA 20 incluye disposiciones más específicas sobre tuberías de succión donde se instalan bombas contra incendios y especifica ciertos tamaños de tuberías. La filosofía es que la tubería de succión tenga el tamaño adecuado para 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 baje. por debajo de -3 psi (-0,2 bar). Además, la tubería de succión debe tener un tamaño tal que con la bomba funcionando 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 tubería que exceden esta velocidad son más propensos a sufrir turbulencias. Cuando la tubería de succión difiere en tamaño de la brida de succión de la bomba, se permite el uso de reductores o aumentadores, pero deben ser del tipo cónico excéntrico e instalados 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 estén considerando dispositivos de prevención de contraflujo o válvulas de retención, deben ubicarse a un mínimo de 10 diámetros de tubería de 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 de tornillo exterior y de 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 central. Cuando el plano de la línea central es paralelo al eje de una bomba contra incendios de caja dividida horizontal, el codo o la T deben ubicarse a una distancia de al menos 10 diámetros de tubería de 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 caja 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 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 tubería y equipo de descarga como la tubería, válvulas y 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. Dichas tuberías, válvulas y accesorios se consideran parte de la tubería de suministro del sistema de protección contra incendios al que sirve la bomba contra incendios. En el caso de un tubo ascendente de un sistema de rociadores, 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 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 mediante un análisis hidráulico. Al igual que con los tamaños de tuberías de succión, NFPA 20 especifica diámetros mínimos de tuberías de descarga según 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 servicio y reparaciones. Se desaconseja el uso de 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 servicios 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 el funcionamiento de la bomba contra incendios. La válvula de retención también evita que otras fuentes de agua que ingresan al sistema, como a través de una conexión del departamento de bomberos, regresen a la bomba contra incendios.

NFPA 20 requiere que la presión nominal 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 una disposición de tuberías alrededor de la bomba contra incendios que se puede utilizar para suministrar agua al sistema de protección contra incendios en caso de que la bomba falle o quede fuera de servicio. Dicha tubería de derivación debe tener el tamaño requerido para la tubería de descarga.

Se requiere tubería de derivación cuando el suministro de agua se considera 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 es proporcionado por una tubería de servicio contra incendios presurizada, como una red de abastecimiento de agua municipal o una tubería de servicio de bomberos privada. Cuando el suministro de agua para el edificio proviene de un suministro fijo privado e independiente, como el tanque de succión, está disponible una presión mínima debida a la altura de elevación del agua almacenada en el tanque, pero generalmente no se considera de valor material. Sin embargo, esto debe verificarse mediante análisis hidráulicos y debe ser confirmado con las respectivas autoridades competentes.

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 a la succión de la bomba. Además, es necesario instalar válvulas de control a ambos lados de la válvula de retención para que ésta pueda aislarse para mantenimiento.

Una bomba contra incendios debe funcionar sólo durante condiciones de incendio o cuando se está probando. No se debe utilizar una bomba contra incendios para mantener la presión del sistema en condiciones de no 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 sin incendio serviría como una falsa alarma. Las bombas de mantenimiento de presión, también conocidas como bombas “jockey”, se utilizan para mantener la presión dentro del sistema de protección contra incendios en condiciones sin incendio.

Muchos sistemas de protección contra incendios llenos de agua están diseñados para que estén presurizados durante su instalación. Una válvula de retención del sistema sirve para mantener las presiones del sistema. Durante un incendio, la activación de un rociador o la apertura de una válvula de tubo 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 de presión menores aguas abajo de la válvula de retención de la bomba contra incendios en condiciones de no incendio. Pueden ocurrir pérdidas de presión debido a la filtración de agua a través de válvulas de retención o accesorios con fugas, o cambios en la temperatura del sistema. En lo que respecta a la temperatura, las bolsas de aire suelen quedar atrapadas en las tuberías del sistema. Los cambios de temperatura ambiente en las proximidades de las tuberías del sistema de protección contra incendios harán que las bolsas de aire fluctúen en tamaño, variando así la presión relativa en las tuberías 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 provocar 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 pequeñas fluctuaciones de presión en las tuberías del sistema y devuelven el sistema a su rango de presión estática normal en condiciones sin 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 configura 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 alta presión y bajo flujo que normalmente no pueden sostener las presiones del sistema después de la activación de un solo rociador. Cuando funciona un rociador o se abre una salida de tubo 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 de 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 de no incendio sin depender de la bomba contra incendios como bomba de mantenimiento de presión. Las bombas jockey no requieren estar catalogadas 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 flujo sea menor que el esperado del rociador con 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 señaló anteriormente, es necesario confirmar que el controlador de la bomba jockey tenga 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 su funcionamiento adecuado. Como mínimo, se deben proporcionar medidas 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 las pruebas. Dichas pruebas se realizan durante la aceptación inicial y/o puesta en servicio 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, tomándose lecturas apropiadas de presión y flujo. Los otros dos métodos implican un dispositivo dosificador que se utiliza para medir el flujo producido por la bomba contra incendios. El dispositivo dosificador se instala en un circuito de tubería que está dispuesto de manera que la descarga de la bomba circule de regreso al tanque de suministro de agua, o dispuesto de manera que la descarga de la bomba circule directamente de regreso a la línea de succión que alimenta la bomba contra incendios. Esta última disposición se denomina medición de circuito cerrado.

Para disposiciones 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 que exigen que los dispositivos dosificadores de bombas contra incendios se recalibran cada 3 años. Ubicar los medios alternativos para medir el flujo (colector de prueba) de la manera requerida por NFPA 20 facilita esta actividad de calibración y garantiza mejor una evaluación precisa del rendimiento de la bomba contra incendios.

Como se señaló anteriormente, se puede instalar un cabezal de prueba sin el uso de un dispositivo de medición ni un bucle. Ubicado en el lado de descarga de la bomba, el cabezal de prueba debe instalarse en una pared exterior de la sala de bombas o casa de bombas, o en otro lugar fuera de la sala 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 una descarga y 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 de Pitot registra una presión de velocidad de la descarga del flujo, que luego se puede convertir en un caudal mediante una fórmula o tabla de conversión.

La conexión para el cabezal de prueba debe realizarse entre la válvula de retención de descarga y la válvula de control de descarga del 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 dependen 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 pulgadas. de diámetro es necesario. El cabezal de prueba en sí constará de seis de 2,5 pulgadas. válvulas y salidas de manguera. Cuando la longitud de la tubería que conduce al cabezal de prueba de la válvula de la manguera tiene más de 15 pies de largo, se debe utilizar 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 las pérdidas por elevación entre la brida de descarga de la bomba y las salidas de la válvula de manguera. 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. El funcionamiento de la válvula de alivio de presión hace que la presión en el sistema baje. Un tipo de válvula de alivio de presión emplea un mecanismo ajustable con resorte. 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 es necesario tenerlo en cuenta adecuadamente.

NFPA 20 permite el uso de válvulas de alivio de presión solo bajo dos condiciones. El primero se refiere a instalaciones que involucran un accionador de bomba con motor diesel. El segundo aborda instalaciones que involucran controladores limitadores de presión de velocidad variable para motores eléctricos o diesel. Tenga en cuenta que si se instalan válvulas de alivio de presión, NFPA 20 impone una serie de restricciones sobre la disposición y el tamaño de la descarga de la válvula de alivio dependiendo de hacia dónde se conecta la descarga. En resumen, NFPA 20 no permite el uso de válvulas de alivio de presión como medio para limitar la presión del sistema en condiciones normales de operación del sistema, es decir, como sustituto de componentes del sistema con clasificación de presión más alta.

Por su amplia gama de aplicaciones, los motores diésel están diseñados y fabricados para funcionar en una variedad de velocidades. Para impulsar una bomba contra incendios, un motor diésel debe funcionar a su velocidad nominal o cerca de ella para 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, creando una condición de exceso de velocidad que produce presiones excesivas en el sistema que podrían provocar 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 las bombas), 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.

Cuando existe la posibilidad de una condición de exceso de velocidad de un motor diesel, y dicha condición de exceso de velocidad da como resultado una presión del sistema que excede la presión nominal de los componentes del sistema, que generalmente 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 neta nominal de cierre (mantequilla) más la presión estática máxima de succión, ajustada por elevación, excede la presión para la cual los componentes del sistema están clasificados. .

Para facilitar la prevención de una situación de sobrevelocidad y sobrepresión del motor, NFPA 20 también requiere la instalación de un gobernador de 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 resultaría en una condición de exceso de velocidad más crítica. Como tal, también se requiere un dispositivo de parada por exceso de velocidad que detecte la velocidad del motor y lo apague cuando funciona a una velocidad superior al 20% de su velocidad nominal. Cuando funciona el dispositivo de parada por exceso de velocidad, envía una señal al controlador de la bomba contra incendios impidiendo 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. Un dispositivo de este tipo limita la presión de descarga total producida por la bomba contra incendios reduciendo la velocidad del impulsor de la bomba, ya sea un motor eléctrico o un motor diésel. Por tanto, la prevención de la sobrepresurización se consigue modificando la velocidad del conductor. Sin embargo, cuando se utiliza un controlador limitador de presión de velocidad variable y la altura máxima de descarga total ajustada para la elevación con la bomba funcionando en cierre y la velocidad nominal excede la clasificación de presión de los componentes del sistema, NFPA 20 requiere la instalación de un controlador limitador 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 correcta aplicación de varias normas de instalación y regulaciones locales. Se debe prestar la debida atención no sólo al tamaño 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 gravemente y, lo que es más importante, no se puede esperar que la bomba contra incendios funcione eficazmente durante su momento más crítico: cuando se produce 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 forma parte de varios comités técnicos de NFPA, incluidos los criterios de descarga de bombas contra incendios y sistemas de rociadores.

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