COMPONENTES DEL CUARTO DE BOMBAS CONTRA INCENDIO

INTRODUCCIÓN

La normativa contra incendios requiere que para los sistemas de extinción se cuente con un suministro de agua confiable, en cuanto a caudal y presión; y aunque no lo establece específicamente, generalmente para cumplir este requisito se recurre a la utilización de bombas contra incendio, que junto con un conjunto de equipos y accesorios se instalan en un “cuarto de bombas”. El tipo de bombas a instalar y si debe ser de accionamiento por motor eléctrico o por máquina Diésel, es una decisión del diseñador en conjunto con el Propietario y la Autoridad Competente.

La norma de referencia que rige las pautas y los requerimientos para la instalación, control y operación de las bombas contra incendio en nuestra región es la NFPA 20, Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection (Instalación de Bombas Estacionarias para Protección contra Incendios). En ella se establecen los requisitos que debe cumplir la disposición e instalación de las mismas.

En este enlace puede verse un artículo que trata sobre los tipos y características de las bombas contra incendio.

En este artículo se exponen los componentes básicos que comprende un arreglo “normalizado” de una instalación de bombas contra incendios, de acuerdo a la norma NFPA 20-2016. Junto con el elemento o dispositivo se indica la sección de dicha norma donde se hace referencia al mismo.

Fig. 1: Componentes Básicos de un Arreglo de Bombas Contra Incendio

Existen pequeñas diferencias si se trata de una bomba horizontal o de una bomba vertical tipo “turbina”, lo cual se hará notar cuando corresponda en este escrito.

VÁLVULA DE COMPUERTA EN LA SUCCIÓN (Sección 4.15.5.1 de NFPA 20-2016)

Se debe tener una válvula de compuerta “OS&Y” listada en la tubería de succión de la bomba (esto no aplica para bombas verticales). Esta válvula permite cortar el flujo de agua hacia la bomba y provee una manera para aislar la bomba para mantenimiento o sustitución.

En la succión no se permite válvula tipo mariposa, a menos que sea instalada a 15,3 m (50′) de la brida de succión. A medida que el agua fluye hacia la bomba, necesita estar tan libre de turbulencias como sea posible, para evitar tanto la introducción de burbujas de aire como cargas desbalanceadas en el impulsor. Cuando una válvula de compuerta está totalmente abierta, el disco está retraído dentro del cuerpo de la misma, dejando el pasaje del agua libre de cualquier obstrucción y permitiendo efectivamente un flujo laminar, hecho que no ocurre con una válvula mariposa, dado que el disco permanece dentro del chorro. En todo caso, es importante que esta válvula permanezca 100% abierta.

REDUCTOR EXCÉNTRICO EN LA SUCCIÓN (Sección 4.15.6.4 de NFPA 20-2016)

Cuando la tubería de succión y la brida de succión de la bomba no son del mismo diámetro, deben ser conectadas mediante un reductor excéntrico, instalado de manera de evitar bolsas de aire. En muchas instalaciones de bombas, el tubo de succión es de mayor diámetro que la abertura de succión de la bomba (esto no aplica para bombas verticales); un reductor excéntrico permite hacerlos coincidir; instalándolo con el lado plano hacia arriba, se reduce la probabilidad de que se formen bolsas de aire y entren al impulsor. Por supuesto, si la tubería de succión es del mismo tamaño que la abertura de succión de la bomba, no se requiere un reductor.

Fig. 2: válvula de Compuerta y Reductor Excéntrico en la Succión

MANÓMETRO EN LA SUCCIÓN (Sección 4.11.2 de NFPA 20-2016)

En el tubo de succión, cerca de la bomba, debe conectarse un manómetro con un dial no menor a 89 mm (3,5”) con una válvula de 6 mm (1/4”) (esto no aplica para bombas verticales). Cuando existe la posibilidad de una presión de succión por debajo de 20 psi (1,3 bar), se requiere que el manómetro de succión sea compuesto, capaz de registrar presiones negativas.

El manómetro de succión proporciona al operador de la bomba la capacidad de monitorear la presión de succión para garantizar que no caiga por debajo de 0 psi mientras la bomba está funcionando al 150% de su capacidad nominal, a menos que la bomba tome el agua desde un tanque superficial, con su base a la misma o mayor elevación de la bomba, cuando la presión en el manómetro puede bajar hasta -3 psi (-0,2 bar) con el nivel más bajo de agua después que se ha suplido la demanda máxima del sistema, según se indica en la sección 4.15.3 de NFPA 20-2016. Si una bomba contra incendios comienza a generar una presión de succión negativa, existe la posibilidad de que ocurra cavitación en la bomba o en la tubería de succión. Las presiones de succión negativas en tuberías subterráneas también pueden causar la infiltración de aguas subterráneas.

La indicación del dial del manómetro debe ser en pulgadas de mercurio (mm Hg) o en psi (bar). El manómetro debe tener un rango de medición de dos veces la presión de succión máxima.

MANÓMETRO DE DESCARGA (Sección 4.11.1 de NFPA 20-2016)

Cerca de la descarga de la bomba contra incendios debe conectarse un manómetro con un dial no menor a 89 mm (3,5”) con una válvula de 6 mm (1/4”). Este manómetro proporciona al operador la capacidad de observar la presión ejercida desde la bomba.

La indicación del dial del manómetro debe ser en psi, en bar o en ambos. El manómetro debe tener un rango de medición de dos veces la presión de trabajo nominal de la bomba pero no menos de 200 psi (13,8 bar).

Es conveniente usar manómetros llenos de líquido tanto en el lado de succión como en el de descarga de la bomba contra incendios, ya que amortiguan las fluctuaciones de la presión, lo que facilita la lectura.

Fig. 3: Manómetros en Succión y en Descarga de Bombas

VÁLVULA DE VENTEO AUTOMÁTICO DE AIRE (Sección 6.3.3 de NFPA 20-2016)

Las bombas contra incendios que son controladas automáticamente deben ser provistas con una válvula listada operada por flotador para liberación de aire, que tenga un diámetro nominal mínimo de 1/2” (12,7 mm) y que descargue a la atmósfera. El aire en el impulsor de la bomba puede causar daños, por lo que es prudente tener un método para liberar ese aire, si se desarrolla.

En el caso de las bombas verticales, la válvula de liberación de aire debe tener un diámetro nominal mínimo de 1,5” (38 mm) y no solo debe ventear aire cuando la bomba arranque sino que también debe admitir aire cuando la bomba se detenga (sección 7.3.5.2 de NFPA 20-2016).

Fig. 4: Válvula de Venteo Automático de Aire Fig. 5: Válvula de Venteo y Admisión de Aire

VÁLVULA DE RECIRCULACIÓN (Sección 4.12 de NFPA 20-2016)

La bomba contra incendios debe tener una válvula automática listada para alivio de presión cuando no hay flujo de agua hacia el sistema y la bomba está funcionando, que proporcione suficiente caudal para evitar el recalentamiento de la bomba; debe ser calibrada por debajo de la presión de cierre de la bomba a la presión de succión mínima esperada. Esta válvula debe estar instalada del lado de la descarga, antes de la válvula check y se debe tomar la previsión de dirigir la descarga hacia un drenaje (no devolver al tanque de agua). El diámetro nominal de la válvula debe ser 3/4” para bombas de capacidad menor o igual a 2.500 gpm y 1” para bombas de capacidad mayor a 3.000 gpm. Si la bomba es accionada por máquina Diésel y el agua de enfriamiento es tomada de la tubería de descarga, no se requiere esta válvula.

Fig. 6: Válvulas de Recirculación

VÁLVULA DE ALIVIO DE PRESIÓN (Sección 4.19 de NFPA 20-2016)

Cuando la bomba es accionada por máquina Diésel y cuando el 121% de la presión nominal neta de cierre (churn), más la presión de succión estática máxima, ajustada por elevación, exceda la presión para la cual los componentes del sistema están clasificados, se debe instalar una válvula de alivio de presión. También se deberá instalar cuando se utilice un controlador eléctrico de velocidad variable para limitación de presión y la presión de descarga total máxima ajustada por elevación, con la bomba funcionando sin flujo y a velocidad nominal, exceda la clasificación de presión de los componentes del sistema.

Aunque es práctica común en las instalaciones de bombas contra incendio accionadas por máquina Diésel colocar una válvula de alivio de presión, NFPA 20 señala que ésta sólo es necesaria cuando se presenten las condiciones arriba indicadas, por lo que se requiere realizar un análisis previo.

La válvula de alivio no está diseñada para controlar la presión cuando una bomba contra incendios ha sido sobrediseñada; está destinada a aliviar la presión cuando una máquina Diésel gira más rápido de lo normal, o cuando el fallo del controlador de velocidad variable hace que la bomba funcione a la velocidad nominal.

La válvula de alivio debe estar localizada entre la bomba y la válvula check de la descarga y debe ser instalada de manera que pueda ser fácilmente removida.

Las válvulas de alivio de presión pueden ser de resorte cargado o tipo de diafragma operado por piloto.

CONO DE VISUALIZACIÓN (Sección 4.19.5 de NFPA 20-2016)

La descarga de la válvula de alivio debe ser fácilmente visible o detectable por el operador. Cuando la válvula se instala de tal manera que la descarga se conduce hasta el tanque o se conecta a la tubería de succión (circuito cerrado), se utiliza un cono con mirilla de vidrio a continuación de la válvula para proporcionar una manera de observar el flujo de agua.

Si la descarga es a través de una tubería abierta a un drenaje o lugar seguro, o la válvula de alivio está provista de medios para detectar flujo de agua no se requiere el cono de visión.

Fig. 7: Válvula de Alivio y Cono de Visualización

REDUCTOR CONCÉNTRICO EN LA DESCARGA

Cuando la tubería de descarga y la brida de descarga de la bomba no son del mismo diámetro, deben conectarse mediante un reductor concéntrico. En muchas instalaciones, el tubo de descarga es más grande que la abertura de descarga de la bomba; para adaptarlos se utiliza un reductor, en este caso concéntrico. Si la tubería de descarga es del mismo tamaño que la abertura de descarga de la bomba, no se requiere un reductor.

VÁLVULA DE RETENCIÓN EN LA DESCARGA (Sección 4.16.7 de NFPA 20-2016)

Se debe instalar una válvula de retención listada en la tubería de descarga. La válvula de retención restringe la presión aguas abajo de la bomba contra incendios, y evita que el líquido presurizado regrese a través de la bomba. El contraflujo a través de una bomba puede hacerla girar hacia atrás, causando daños. Se pueden desarrollar ondas de presión y oscilaciones cuando la bomba arranca o se detiene, o cuando se produce un cambio significativo en el caudal. En algunos sistemas es necesario que la válvula de retención tenga características anti-golpe de ariete.

La válvula de retención de descarga es necesaria también para que una bomba jockey mantenga la presión en el sistema.

VÁLVULA DE CONTROL DE DESCARGA (Sección 4.16.8 de NFPA 20-2016)

La válvula de control de descarga de la bomba contra incendios puede ser de compuerta OS&Y o mariposa. Esta válvula, combinada con la válvula de control de succión, proporciona la capacidad de aislar la bomba, la válvula de retención de descarga y las tuberías y componentes del cabezal de prueba para reparación, reemplazo y prueba, a la vez que mantiene la red de agua presurizada. Esta válvula debe ser listada y estar supervisada.

Fig. 8: Válvula de Retención y Válvula de Control de Descarga

DISPOSITIVOS DE PRUEBA DE FLUJO DE AGUA (Sección 4.21 de NFPA 20-2016)

La instalación de una bomba contra incendios debe disponerse de tal manera que permita probar la bomba en sus condiciones nominales. Los dos objetivos de realizar una prueba de la bomba contra incendios son asegurarse que la misma funciona apropiadamente y que el abastecimiento de agua pueda suministrar la cantidad correcta de agua a la presión correcta.

Para las pruebas de la bomba contra incendios generalmente se utiliza ya sea un cabezal de pruebas dotado con válvulas para mangueras, un medidor de caudal listado o una combinación de ambos. La NFPA 20 no requiere específicamente qué elemento utilizar para las pruebas. El dispositivo a utilizar debe proporcionar al operador la capacidad de medir el desempeño real de la bomba al hacer fluir el agua a través de ella, tomar lecturas a los caudales adecuados y desarrollar una curva de prueba para verificar que la bomba todavía está funcionando de acuerdo con la curva original del fabricante.

Si se utiliza un cabezal de pruebas, éste debe localizarse en el exterior de la sala de bombas, ubicado donde pueda descargarse el agua sin causar daños.

Si se utiliza un medidor de caudal, éste debe permitir un caudal no menor al 175% de la capacidad nominal de la bomba.

Si el medidor de caudal está dispuesto en un circuito de retorno a la succión de la bomba, se puede probar el desempeño de la bomba contra incendio, pero no la idoneidad del abastecimiento de agua. La norma NFPA 25 (Standard for the Inspection, Testing, and Maintenance of Water-Based Fire Protection Systems) requiere que cada tercer año se realice una prueba de desempeño “con descarga de agua”. Es por ello que es conveniente, en esos casos, contar además con un cabezal de pruebas.

Mediante un cabezal de pruebas se puede probar tanto el desempeño de la bomba como del abastecimiento de agua, por lo que no se requeriría contar con un medidor de caudal.

Para controlar el flujo de agua durante el procedimiento de prueba de desempeño se utilizan válvulas de compuerta OS&Y o mariposa. Estas válvulas se mantienen en la posición cerrada y solo se abren para enviar agua al medidor de caudal o al cabezal de pruebas durante los procedimientos de prueba. Estas válvulas deben ser supervisadas. Aunque el cabezal de pruebas se ubica en el exterior del cuarto de bombas, su válvula de control debe estar en el interior del mismo.

Con el medidor de caudal se requiere otra válvula (compuerta OS&Y o mariposa) que permite regular el flujo de agua durante las pruebas; esta válvula debe instalarse con la separación recomendada por el fabricante del medidor.

Fig. 9: Medidor de Flujo Fig. 10: Cabezal de Pruebas

CONTROLADOR DE BOMBAS (Sección 4.7.5 de NFPA 20-2016)

Los controladores de las bombas contra incendios se utilizan para monitorearlas, arrancarlas y detenerlas. Los controladores para bombas de accionamiento eléctrico monitorean la disponibilidad de energía y controlan la alimentación del motor eléctrico. Los controladores para bombas de máquina Diésel controlan la disponibilidad de energía y el estado de la máquina, y envían señales electrónicas al arrancador la máquina. Cuando se configura un controlador para el funcionamiento automático, se usa un sensor de presión (interruptor mercoid o un transductor de presión) para indicar al controlador que encienda la bomba contra incendios cuando la presión del sistema caiga a un nivel predeterminado.

Los controladores de las bombas contra incendios se conectan al sistema mediante una “línea sensora”. Un extremo de dicha línea se conecta al sensor de presión dentro del controlador; el otro extremo se conecta a la tubería de descarga, entre la válvula de retención y la válvula de control.

Los controladores de las bombas contra incendios deben ser listados. Cada bomba debe tener su propio controlador y debe ser seleccionado según se trate de una bomba accionada por motor eléctrico o por máquina Diésel. Para los motores eléctricos se tienen varias opciones de controladores; la selección va a depender del voltaje utilizado y del modo de arranque preferido.

Fig. 11: Controlador de Bomba Eléctrica Fig. 12: Controlador de Bomba Diésel

BOMBA DE MANTENIMIENTO DE PRESIÓN – BOMBA JOCKEY (Sección 4.26 de NFPA 20-2016)

Aunque NFPA 20 no requiere específicamente el uso de una bomba jockey, sí requiere un medio para mantener la presión del sistema contra incendio, y una bomba jockey es la opción más comúnmente utilizada para cumplir con este requisito. La bomba jockey mantiene la presión en el sistema de extinción y evita que la bomba contra incendio funcione, a menos que haya un flujo significativo de agua.

Los ajustes y calibraciones de presión para la bomba jockey y la bomba contra incendios deben ser tales que el arranque de la bomba contra incendios no genere un golpe de ariete.

Si se usa una bomba jockey, debe tener su propio controlador. El controlador de la bomba jockey sirve para arrancar la bomba jockey cuando la presión en el sistema de protección contra incendios disminuye hasta un nivel preestablecido y para detenerla cuando la presión aumenta hasta un valor también preestablecido. Para que la bomba jockey funcione correctamente, su presión de arranque debe ser mayor que la presión de arranque de la bomba contra incendios, como es lógico.

La descarga de la bomba jockey se conecta después de la válvula de control en la tubería de alimentación del sistema.

Fig. 13: Bomba Jockey o Piloto

Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela

Fuentes: NFPA Stationary Fire Pumps Handbook, Fifth Edition
                NFPA 20: Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection
Notas:
1. El contenido de este artículo no es una Interpretación Formal de NFPA. Lo aquí expresado es la interpretación personal del autor y no necesariamente representa la posición oficial de las normas NFPA y sus Comités Técnicos. Por otra parte, el lector es libre de estar de acuerdo o no, en todo o en parte, con lo aquí expresado.
2. Todas las imágenes y marcas comerciales que se publican en este Blog son marcas registradas por sus propietarios, y se utilizan sólo con fines didácticos e informativos.
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