Asegúrese de que las bombas contra incendios cumplan con los estándares mecánicos y de rendimiento

May 30, 2023

El Burj Khalifa, ubicado en Dubai, Emiratos Árabes Unidos, es el edificio más alto del mundo y posee uno de los sistemas de protección contra incendios más complejos jamás construidos, con más de 100 millas de tubería. Diseñado para entregar miles de galones de agua por minuto desde tanques de almacenamiento subterráneos, el sistema de protección contra incendios utiliza múltiples bombas para mover el agua hasta la altura del edificio de 828 metros (2,717 pies). Este sistema de bomba contra incendios garantiza que el edificio esté bien equipado para manejar cualquier posible emergencia de incendio.

Independientemente de la altura del rascacielos, las bombas contra incendios son imprescindibles en cualquier edificio que requiera un sistema de protección contra incendios a base de agua. Las bombas generan el caudal y la presión necesarios a partir de un suministro de agua y lo envían a los sistemas de rociadores, hidrantes y otros equipos de protección contra incendios durante una emergencia de incendio. Es crucial tener instaladas bombas contra incendios probadas y confiables para garantizar la seguridad de los ocupantes del edificio y minimizar los daños a la propiedad. Sin embargo, es importante tener en cuenta que solo se requiere una bomba contra incendios cuando la fuente de agua disponible, como un sistema de agua municipal, no tiene la presión o la cantidad de agua adecuadas.

Dos certificaciones ampliamente reconocidas para bombas contra incendios son el listado de Underwriters Laboratories (UL) y la aprobación de Factory Mutual (FM). Estas certificaciones indican que las bombas cumplen con los más altos estándares de seguridad y rendimiento, incluido el estándar 20 de la Agencia Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) para la instalación de bombas estacionarias para protección contra incendios.

NFPA es una organización reconocida a nivel mundial que desarrolla y publica códigos, normas, prácticas y guías de seguridad contra incendios. En relación con las bombas contra incendios, la norma más importante es la NFPA 20, que describe los requisitos mínimos para la instalación, el funcionamiento y el mantenimiento de las bombas contra incendios utilizadas en los sistemas de protección contra incendios a base de agua. Este estándar garantiza que el sistema funcionará según lo previsto para brindar suministros de agua adecuados y confiables durante una emergencia de incendio.

La mayoría de las bombas utilizadas en un sistema de protección contra incendios son del tipo rotodinámico de diseño centrífugo. Aunque las bombas de desplazamiento positivo desempeñan un papel en la protección contra incendios, su trabajo se limita a los sistemas de protección contra incendios de agua nebulizada y espuma/agua, así como a las bombas de cebado instaladas en los camiones de bomberos. También hay innumerables componentes, accesorios y requisitos, como la válvula automática de liberación de aire o la válvula de alivio de circulación, el controlador de la bomba contra incendios, las marcas necesarias o la placa de identificación y la válvula de retención necesaria y la válvula de control indicadora en el lado de descarga de la bomba.

Debido a que los requisitos para las bombas contra incendios van mucho más allá de la propia bomba, este artículo se centra en los requisitos de rendimiento hidráulico y diseño mecánico para las bombas centrífugas de voluta utilizadas en los sistemas de protección contra incendios a base de agua. Sin embargo, varios de los requisitos se aplicarán a las bombas tipo turbina de eje vertical y de voluta.

Las bombas contra incendios están diseñadas para brindar un rendimiento confiable en una amplia gama de capacidades y presiones netas. Para estandarizar el rendimiento y permitir la comparación entre diferentes modelos de bombas, NFPA 20 permite clasificar una bomba en función de su capacidad para suministrar un rango de presiones netas a una capacidad particular. Por lo tanto, la clasificación de la bomba contra incendios es la presión neta indicada que produce la bomba cuando funciona al 100 % de la capacidad indicada de la bomba. La imagen 1 ilustra las capacidades nominales típicas descritas en NFPA 20, que van desde 25 galones por minuto (gpm) a 5000 gpm (95 a 18 925 litros por minuto [L/min]). La bomba también debe estar clasificada para presiones netas de 40 libras por pulgada cuadrada (psi) (276 kilopascales [kPa]) o más.

NFPA 20 ha estandarizado la forma de la curva de rendimiento de la bomba al establecer varios requisitos hidráulicos. La presión de cierre, o presión de agitación, debe estar entre el 101 % y el 140 % de la presión nominal y no debe ser inferior al 99 % de la presión máxima desarrollada por la bomba de acuerdo con los requisitos de FM. Este requisito de presión de agitación es necesario para garantizar que la bomba pueda mantener la presión de agua requerida cuando no hay demanda. El rendimiento hidráulico también debe superar el 150 % del caudal nominal al 65 % de la presión nominal para garantizar que la bomba pueda manejar una demanda adicional de agua durante una emergencia de incendio, conocida como capacidad de sobrecarga. Este rendimiento hidráulico se debe lograr con una presión de succión adecuada y cuando se opera con una altura de succión de al menos 15 pies (4,6 metros).

La Imagen 2 muestra las características de rendimiento aceptables de una bomba contra incendios, junto con los parámetros establecidos por NFPA 20, y la Imagen 3 muestra las características típicas de rendimiento de la bomba cuando una bomba funciona con un exceso de presión de succión, lo que se conoce como prueba de presión positiva y bajo una elevación de succión de 15 pies.

El diseño mecánico de una bomba contra incendios listada por UL/aprobada por FM debe cumplir con NFPA 20, así como con los requisitos específicos descritos en UL 448 - Bombas estacionarias centrífugas para servicios de protección contra incendios, y las normas FM aplicables para bombas contra incendios centrífugas de estilo voluta (FM 1311, FM 1319 y FM 1371). Es importante tener en cuenta que los requisitos de diseño mecánico discutidos en este artículo son solo una parte de los requisitos generales para las bombas contra incendios aprobadas por FM y listadas por UL. Para una comprensión más completa, se recomienda consultar UL 448 y todos los estándares FM relevantes.

NFPA 20 permite el uso de dos tipos de bombas centrífugas estilo voluta, el diseño de impulsor en voladizo y el diseño de impulsor entre rodamientos, en sistemas de protección contra incendios a base de agua. Estas bombas pueden tener un diseño de succión final, en línea vertical o de carcasa dividida, con todas las partes húmedas provistas de materiales resistentes a la corrosión. Las bombas en línea verticales y de succión final pueden ser de una o dos etapas, mientras que las bombas de carcasa dividida pueden ser de una etapa, como se muestra en la Imagen 4, o de etapas múltiples. Sin embargo, vale la pena señalar que FM 1371 se aplica solo a bombas en línea verticales de construcción de una sola etapa.

Para un mantenimiento eficiente de la bomba contra incendios, la carcasa de la bomba debe diseñarse para que se pueda desarmar fácilmente, lo que permite la inspección del impulsor y otros componentes internos sin perturbar la tubería de succión. Además, el grosor de la pared de la carcasa debe ser lo suficientemente resistente para soportar una presión hidrostática de al menos dos veces la presión máxima de trabajo, o 400 psi (2758 kPa), lo que sea mayor, con un factor de seguridad apropiado para evitar la ruptura. Las bridas de succión y descarga deben cumplir con el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI)/Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) B16.1 para garantizar la compatibilidad con las tuberías o accesorios de conexión. La carcasa también debe estar equipada con aberturas de drenaje para permitir el drenaje de todas las piezas de la bomba durante el mantenimiento o la inspección.

El diseño de la bomba debe incorporar prensaestopas con empaque de compresión que tengan una profundidad de al menos cinco veces el ancho del empaque, más un anillo linterna. Estos componentes deben asegurarse con prensaestopas que apliquen una presión uniforme sobre el empaque (Imagen 5). Además, una caja de empaquetadura ubicada en el extremo de succión de la bomba debe sellarse con agua a una presión de succión máxima de 30 psi (207 kPa). Si bien los estándares de FM permiten el uso de métodos de sellado alternativos, están restringidos a aplicaciones en las que solo se bombea agua limpia y están sujetos a requisitos adicionales. Vale la pena señalar que el empaque de compresión es la opción preferida.

UL 448 describe los requisitos específicos para todos los sujetadores, como pernos, espárragos y tornillos de cabeza, que se utilizan para conectar piezas sujetas a tensión causada por la presión hidráulica. Es imperativo que todos los sujetadores cumplan con estos requisitos, que incluyen un diámetro mínimo de 3/8 de pulgada (9,5 milímetros [mm]) y una tensión máxima que no exceda un cuarto del límite elástico del material del perno cuando se calcula utilizando la tensión del perno. área. Estas regulaciones son esenciales, ya que la falla de los pernos de la carcasa puede provocar una falla catastrófica de la bomba contra incendios, por lo que es fundamental garantizar que todos los sujetadores cumplan con los requisitos mínimos establecidos por la organización certificadora.

El diseño del eje de una bomba contra incendios requiere una consideración cuidadosa de su diámetro y material para evitar fallas causadas por el par aplicado y las cargas hidráulicas. Las pautas de UL y FM exigen que el esfuerzo cortante máximo y el esfuerzo cortante torsional máximo que se producen en el eje no excedan el 30 % de la resistencia a la tracción y el 18 % de la resistencia última a la tracción del material del eje. Para ejes con chaveteros, se requiere una reducción adicional del 25 % en las tensiones admisibles. Además, la deflexión dinámica del eje en la cara del prensaestopas no puede exceder las 0,002 pulgadas (0,05 mm).

El impulsor y los elementos giratorios de la bomba contra incendios deben equilibrarse dinámicamente a una cantidad de equilibrio G6.3 de acuerdo con la Organización Internacional de Normalización (ISO)-1940. El ancho del impulsor en la salida debe cumplir con los siguientes requisitos: mayor de 5/16 de pulgada (7,9 mm) para una capacidad entre 25 gpm y 100 gpm, mayor de 3/8 de pulgada (9,5 mm) para una capacidad entre 100 gpm y 500 gpm, superior a 1/2 pulgada (12,7 mm) para una capacidad entre 500 gpm y 750 gpm y superior a 5/8 de pulgada (15,9 mm) para una capacidad superior a 750 gpm.

Para evitar cualquier movimiento axial, los impulsores deben estar asegurados con chavetas, manguitos y tuercas de manguito. La holgura radial entre las piezas estacionarias y móviles, como el impulsor y el anillo de desgaste, debe mantenerse en más de 0,0075 pulgadas (0,191 mm).

Al seleccionar rodamientos de bolas y de rodillos para bombas contra incendios, es fundamental garantizar una vida útil L-10 de no menos de 5000 horas bajo las cargas generadas por la bomba cuando la operación está apagada, el diámetro máximo del impulsor, la velocidad de rotación máxima y la potencia máxima desarrollada . Se debe considerar cuidadosamente el tipo de cojinete, su tamaño, capacidad de carga y clasificación de velocidad para garantizar que cumpla con la vida útil L-10 requerida. También se requiere que los cojinetes estén lubricados con grasa, y el diseño debe permitir que el conjunto flote de acuerdo con UL 448 y la norma FM pertinente.

Las bombas contra incendios son componentes esenciales de los sistemas de protección contra incendios que ayudan a mantener la seguridad e integridad de los edificios y sus ocupantes. Como tal, su diseño, instalación y mantenimiento están sujetos a estrictas normas y estándares, incluidos los establecidos por NFPA 20, UL y FM. Cumplir con estos requisitos y garantizar el funcionamiento adecuado de la bomba contra incendios requiere una cuidadosa atención a los detalles, desde la selección de los materiales y componentes correctos hasta el seguimiento de los procedimientos establecidos y los programas de mantenimiento. El incumplimiento de estas normas y estándares puede tener consecuencias graves, incluidos daños a la propiedad, lesiones y la pérdida de la vida.

Al comprender los requisitos, podemos ayudar a garantizar que las bombas contra incendios sean confiables, efectivas y estén listas para proteger cuando más se necesite.

Referencias

FM Approvals, LLC., Norma de examen para bombas centrífugas contra incendios (horizontales, tipo de succión final), número de clase 1319. FMGlobal, 2020.

Asociación Nacional de Protección contra el Fuego. Norma para la Instalación de Bombas Estacionarias para Protección contra Incendios (NFPA 20). 2013.

Puchovsky, Milosh T. y Kenneth E. Isman. Manual de bombas contra incendios. 1.ª ed., Asociación Nacional de Protección contra Incendios, 1998.

Underwriters Laboratories, Inc. Norma para bombas estacionarias centrífugas para servicios de protección contra incendios (UL 448). 2011.

Alex Moser es ingeniero senior de estándares y capacitación en el Instituto Hidráulico. Puede comunicarse con él en [email protected]. Para obtener más información, visite pumps.org.