Con base en la NFPA 20 y NFPA 22, señalo los requisitos generales de instalación de las bombas contra incendios centrífugas, considerando el tamaño de sus componentes, además de su ensamblaje y medios para controlar su presión, entre otros aspectos básicos a considerar antes y durante la instalación
Por Juan Antonio Olivari Woodman
El agua es uno de los agentes de control, supresión y extinción de incendios más antiguos, por muchos años considerado el más económico y accesible. Entre sus principales propiedades físicas está su alto ratio de absorción de calor específico (cantidad de calor para levantar 1 grado de temperatura de 1 masa específica de una sustancia), su alto ratio de expansión de líquido a vapor (alrededor de 1 mil 600 veces su volumen), anudado al alto ratio de absorción de calor latente en el proceso (cantidad de energía para derretir o hervir una cantidad de material).
El agua es un líquido relativamente estable (ph 7.5). Su principal desventaja es su temperatura de congelamiento a 0 ºC (32 ºF).
Las propiedades de extinción de incendio del agua son:
- Enfriamiento (absorción de calor)
- Aislamiento – Sofocación (expansión)
- Emulsión (expansión)
- Dilución (estable)
Estas propiedades de extinción son utilizadas en múltiples sistemas basados en agua para la protección de la vida humana y de las propiedades en casos de incendio, sistemas manuales y automáticos que requieren de grandes volúmenes de agua en un determinado tiempo. Estos volúmenes de suministro de agua en Latinoamérica normalmente no pueden ser abastecidos o conectados directamente a la red pública de agua de la ciudad como en otros países o continentes.
Estas limitaciones de volumen adecuado y diámetros de conexión para riesgos ligeros, medianos o grandes, o de alto reto, como almacenes o edificios altos, conllevan a considerar en la mayoría de los proyectos una reserva de agua conectada a una bomba contra incendio centrifuga estacionaria.
Los costos actuales y el potencial de accesibilidad del agua según zonas geográficas y ambientales o microsistemas impactan directamente en la selección y el diseño de reservas de agua para bombas contra incendio.
Selección
Los objetivos de seguridad humana en un edificio o facilidad incluyen múltiples salvaguardas, una de las de más alto nivel de importancia es el de asegurar el grado aceptable de protección en casos de incendio para los ocupantes, visitantes y personal de bomberos en lugares públicos o privados.
La adherencia con estos objetivos es asegurada a través del cumplimiento criterios regulatorios adoptados, y prácticas de ingeniería de protección contra incendio, que conllevan a un diseño establecido en el proyecto y durante la operación del edificio de acuerdo con provisiones específicas. Estos criterios regulatorios adoptados incluyen, además de otros, a provisiones establecidas en el Reglamento de Construcción Federal o Estatal como Códigos Técnicos Complementarios o Normas específicas contra incendio.
De los códigos Técnicos Complementarios el más utilizado nacional o internacionalmente es la National Fire Protection Association (NFPA), aplicables al presente artículo NFPA 22 Norma para Tanques de Agua Protección Contra Incendio Privada y NFPA 20 Norma instalación de bombas contra incendio estacionarias.
La selección de la reserva de agua para bombas contra incendio está directamente relacionado a la presión estática y dinámica en la brida de succión de la bomba contra incendio, la ubicación y el nivel de elevación de la reserva y cuarto de bombas. La confiabilidad, continuidad y operación del sistema requieren de una “presión neta positiva en la succión de la bomba”. Si la succión es negativa, desde una cisterna ubicada debajo de la bomba contra incendio debemos tener en cuenta tres variables de evaluación:
- Primero, la tubería de succión debe de estar cebada por una válvula anti-retorno de flujo o un sistema de cebado automático fijo; el reto es mantener el sello de la válvula limpia y que el cebado automático no consuma agua continuamente
- Segundo, se debe tener en cuenta que la capacidad de energía de la bomba contra incendio (HP) está directamente relacionada con la carga total de descarga en metros de columna de agua o libras por pulgada cuadrada (psi) menos (-) la carga o presión de succión requerida en las mismas unidades, cabezal neto según NFPA; la succión negativa requiere parte de dicha energía, reduciendo la capacidad neta de descarga de la bomba
- Tercero, la norma (estándar) NFPA 20, Capítulo 6. Bombas centrifugas, estipula en aplicación que las bombas centrifugas no deben utilizarse donde se requiere una succión estática de carga (presión). Este requerimiento nos lleva a bombas contra incendio con reservas de agua igual o sobre nivel del piso del cuarto de bombas (tanque de succión) o subterránea (cisterna de agua) con una bomba centrifuga vertical sobre la cisterna
En el caso del tanque de succión (figura 1), la NFPA 20 requiere que la presión mínima en la brida de succión de la bomba sea -3 psi a una velocidad máxima (flujo nominal) de 15 pies por segundo al 150% del flujo nominal de la bomba, dependiendo de la distancia y accesorios entre el tanque de succión y el cuarto de bombas el diámetro de la succión debe de incrementarse a fin de cumplir con los mínimos requeridos de presión y velocidad mencionadas.
Respecto a la cisterna subterránea requiere de una presión neta de succión positiva (NSPH en inglés) con un mínimo de columna de agua de sumergencia en los tazones de la bomba de turbina vertical, estipulado por el fabricante de acuerdo con el di.metro tuber.a descarga, caudal nominal de la bomba y la profundidad de la cisterna (Longitud Total Turbina, OAL en inglés).
A fin de que el NSPH sea positiva y la bomba no cavite, la presión atmosférica más la presión de la columna estética del nivel de agua en la cisterna debe de ser mayor a la columna de agua en la descarga de la bomba de turbina vertical (energía potencial) y a las perdidas por fricción a lo largo de dicha columna.
El propósito de la norma NFPA 22 es proveer una base de dise.o para la construcción operación y mantenimiento de tanques de agua de sistemas de protección contra incendio, incluyendo los siguientes:
- Tanques de gravedad, tanques de succión, tanques de presión (hidroneumático), y de Fibras textiles tratados, soportados en dique terraplén en dique de textiles cubiertos
- Torres
- Cimentación
- Conexiones tuberías & accesorios
- Compartimentación válvulas
- Tanque de llenado
- Protección contra congelamiento
La misma norma NFPA 22 incluye el suministro de agua para los siguientes tipos de sistemas:
- Sistema Automático de Rociadores de Agua
- Sistemas de rociadores abiertos
- Sistemas de Aspersión de Agua
- Sistemas de espuma
- Hidrantes privados
- Monitores/boquillas y sistemas de tubería vertical
- con referencia suministro de agua
- Casetas de Mangueras
Diseño
Los requerimientos mínimos de tanques privados para protección contra incendio son:
Capacidad y elevación del tanque
La capacidad neta y la elevación del tanque debe de ser determinada por las condiciones de cada propiedad luego de evaluar todos los factores, tales como clasificación de uso y contenido, tipo de terreno, medio ambiente, riesgos naturales geológicos, meteorológicos y biológicos o medio ambientales de excesiva corrosión.
El uso, contenido y tipo de sistema de agua que alimentan determinan la capacidad neta del tanque, en función a la demanda de agua (caudal) y tiempos de duración de la reserva. La capacidad neta se mide entre la entrada al sobreflujo y el nivel de la placa vortex; en el caso de la cisterna con bomba de turbina vertical, se mide entre el nivel de agua y el nivel de sugerencia mínima.
Suministro de agua
La idoneidad y fiabilidad de la fuente de agua para llenar el tanque son de primordial importancia y se determinaran en su totalidad, teniendo en cuenta su fiabilidad en el futuro.
Cualquier suministro de agua que sea adecuado en calidad, cantidad, presión y confiabilidad para llenar el tanque es válido. El agua tiene casi las mismas propiedades de control, supresión y extinción sin importar si es salada, salubre, potable, dura o blanda; el tema es la vida útil de la estructura del tanque, donde el diseñador debe de proveer un tanque y bomba contra incendio con las características de agua que se van a usar.
El dueño es el responsable de entregar la información de la calidad del agua y medio ambiente al fabricante. Las principales fuentes utilizadas para rellanar el tanque la primera vez y automáticamente según consumo son naturales (pozo, lagos, ros, mar), tanque / reserva privada, municipal, tubería de agua potable o red privada principal (campus). La adecuación del suministro de agua debe de ser evaluada antes de emitir las especificaciones del proyecto para el primer llenado, pruebas de hermeticidad y relleno automático por boya flotador.
Ubicación del tanque
La localización del tanque debe de ser de tal manera que el tanque y su estructura están protegidas contra la exposición al fuego del mismo riesgo protegido o de terceros. Si la falta de espacio en el patio hace esto imposible, la estructura metálica del tanque debe de ser a prueba de fuego o contar con rociadores de agua, mediante un sistema de aspersión NFPA 15. No se requieren rociadores de agua si está separado por 6.1 m de la exposición a combustibles, vegetación, edificios combustibles o ventanas y puertas desde donde el fuego puede estar presente.
La estructura metálica del tanque debe de ser a prueba de fuego o contar con rociadores de agua, mediante un sistema de aspersión NFPA 15.
Material del tanque
El fabricante de la estructura aprobada, además de cumplir con los requerimientos de la norma, se espera que también siga con el espíritu de la norma de usar su experiencia y habilidad para crear estructuras que demuestren confianza ante todas las condiciones específicas a las que se va a ver envuelta la reserva de agua. El representante del contratista debe de realizar una inspección minuciosa durante la fabricación en taller (si aplica) y la erección en campo, a fin de que los materiales utilizados se encuentren en perfectas condiciones, asegurando la hermeticidad del tanque. Los materiales del tanque considerados en NFPA 22 son:
- Madera
- Concreto
- Acero
- Plástico reforzado en fibra de vidrio
- Fibras tratadas en terraplén y dique
Planos y hojas de cálculo
El contratista debe de entregar las hojas de cálculos de cargas y planos requeridos por el comprador y la Autoridad Competente para aprobación u obtención del permiso de construcción y licencia de erección de la estructura. Información completa relacionada a la tubería del lado del tanque, conectada a la bomba contra incendio, debe de ser entregada a la Autoridad Competente.
La información debe de incluir básicamente lo siguiente:
1. Tamaño y arreglo (ubicación) de todos los accesorios y conexiones de tubería
2. Áreas susceptibles a congelamiento:
- Tamaño, localización y tipo de válvulas,sistema de calefacción y otros accesorios
- Presión de vapor disponible en el calentador
- Arreglos e información completa relacionadacon el sistema de suministro y retorno de vapor junto a los tamaños de la tubería
- Detalles de construcción de compartimientos a prueba de frío
- Cálculos de pérdida de calor donde un calentador es requerido
3. Plano y cálculos estructurales
4. Detalles de arriostramientos contra balance en zonas sísmicas
5. Puesta en marcha y ajustes de operación
6. Equipos de supervisión y conexión
7. Detalles enterrados, incluyendo fundación, compactación y relleno
8. Cálculo de flotabilidad para tanques enterrados
Responsabilidad del contratista
Cualquier trabajo necesario debe ser ejecutado por contratistas experimentados, que emplean mano de obra altamente calificada, cuidadosa y experta en supervisión de obra. El fabricante debe de garantizar el tanque por lo menos 1 año desde el día que se completa y acepta la instalación por el cliente. El contratista es responsable por la limpieza del interior del tanque antes de uso.
Cargas
El contratista o el fabricante debe de considerar todas las cargas aplicables, tales como carga peso muerto, carga peso vivo, cargas de viento, sismos, barandas, pasarelas, escaleras y adjuntos conectados al tanque.
La carga de peso muerto debe de estimar el peso de toda la construcción permanente del tanque y accesorios. Bajo condiciones normales, la carga viva debe de ser el peso de todo el líquido hasta el nivel de sobre flujo al tope del tanque. La unidad de peso de agua debe de considerar 1 mil kg/m3 (62.4 lbs/pie3).
Las cargas de viento pueden ser bajo condiciones normales, en áreas susceptibles a huracanes, tornados, tormentas eléctricas; las velocidades del viento deben de ser tomadas en cuenta. Cuando se diseñe para velocidades de viento sobre 161 km/h (100 mph), todas las unidades de presión especificadas en la norma para condiciones normales deben de ajustarse proporcionalmente a la raíz cuadrada de la velocidad.
La estructura Tanque debe de cumplir con los requerimientos de códigos de edificio locales para casos de sismo. Criterios de diseño específico debe de contener en el apropiado capítulo de la norma NFPA 22, para el tipo tanque en particular (mencionados anteriormente), o los códigos locales, cualquiera que sea más severo.
Los tanques de base plana deben de ser diseñados por el método que considera el chapoteo (método efectivo de masa) que puede formar el agua en casos de sismo. No se requiere que las cargas de viento y sismo se asuman en simultáneo.
Los techos de acero sellados de aire con las paredes del tanque deben de tener una ventilación con filtro a prueba de corrosión, con una dimensión de la mitad del diámetro de succión de la bomba.
Accesorios, Conexiones y Tuberías
- Paquete estándar
- Placa “Vortex”
- Tubería de descarga & válvula de control OS&Y en tanque de succión
- Válvula check en tubería de descarga más de un tanque de suministro de agua
- Tubería de retorno medidor de flujo y/o válvula alivio bomba & Abrazaderas
- Tubería de llenado y abrazaderas o soportes adjuntos al tanque
- Medidor de nivel de agua
- Dispositivo supervisión nivel de agua sistema de alarma propiedad
- Válvula de drenaje y tapa brida ciega
- Venteo de aire techo
- Escotilla de inspección tanque atmosférico
- Espacio Confinado – Requiere
- Permiso
- Flotador rellenado automático
- Escalera de acceso al techo y baranda
- Codo de sobreflujo
- Otras conexiones que no sean de protección contra incendio. En tanques de reserva común (agua contra incendio y reserva de agua de servicios, la succión de agua de servicio debe de quedar por encima del nivel de almacenamiento de agua contra incendio de diseño.
Juan Antonio Olivari
Juan Antonio Olivari Woodman es ingeniero industrial, NFPA Certified Fire Protection Specialist. Cuenta con 38 año de experiencia en vida humana y protección contra incendio, reconocido conocimiento integral de NFPA y del Mercado Latinoamericano.
Correo de contacto: [email protected]
