INTRODUCCIÓN
En este artículo se pretende explicar de manera general cómo realizar la estimación de la capacidad de una bomba contra incendio.
En el proceso de diseño de un sistema de rociadores automáticos es necesario determinar las características que debe tener el suministro de agua; es decir, cuál será el caudal requerido y a qué presión, así como la cantidad de agua que debe reservarse para incendios. Para ello se deben realizar cálculos hidráulicos una vez completado del diseño del sistema, que en la actualidad se llevan a cabo mediante la utilización de algún software especializado.
Los resultados de caudal y presión obtenidos mediante los cálculos hidráulicos es la demanda máxima esperable para el sistema y son los valores utilizados para seleccionar la bomba contra incendio y para establecer el tamaño del tanque donde se va a contener el volumen de agua para incendios.
(En este enlace se puede ver un artículo relacionado con los cálculos hidráulicos para un sistema de rociadores.)
PRE-CÁLCULO DEL SISTEMA DE ROCIADORES
En no pocas ocasiones es necesario estimar la capacidad de la bomba contra incendio, antes de terminar de diseñar el sistema de rociadores. Es decir, se debe realizar un pre-cálculo mediante el cual se determina “teóricamente” el caudal que deberá suministrar la bomba y a partir de allí obtener el volumen de la reserva de agua.
Para rociadores spray estándar, aplicados en ocupaciones distintas a almacenamiento, el diseño del sistema generalmente se basa en el método de Densidad/Área propuesto en la norma NFPA 13, “Standard for the Installation of Sprinkler Systems”.
El punto de partida, después de determinar la clase de ocupación, son las curvas Densidad/Área correspondientes a los diferentes riesgos, las cuales se muestran a continuación:
CURVAS DENSIDAD/ÁREA
Puede verse que para para cada clase de ocupación se tiene una línea que relaciona el área de operación de los rociadores (Área de Diseño) con la Densidad de Descarga. Una vez determinada la clase de ocupación: Riesgo Ligero, Riesgo Ordinario (grupos 1 y 2) o Riesgo Extra (grupos 1 y 2) se tiene la línea con la cual se debe calcular el sistema. Cualquier punto sobre esa línea es válido.
SELECCIÓN DEL ÁREA DE DISEÑO
La selección del área de diseño queda a la discreción del diseñador. Si se selecciona la densidad más alta, generalmente resultarán tuberías ramales más grandes, pero tuberías principales de menor tamaño y menores requerimientos de caudal. En los diseños, generalmente se selecciona un punto de densidad de descarga alta y un área de diseño pequeña para obtener un sistema más económico.
(En este enlace se puede ver un artículo relacionado con las “curvas” Densidad/Área.)
ESTIMACIÓN DE CAPACIDAD DE LA BOMBA CONTRA INCENDIO
Para un Riesgo Ordinario 2 la línea abarca Áreas de Diseño desde 1.500 pie2 (139 m2) hasta 4.000 pie2 (372 m2), con las correspondientes Densidades de Descarga de 0,2 gpm/pie2 y 0,15 gpm/pie2. Para el cálculo se puede utilizar cualquier área en ese rango y su correspondiente densidad.
Si se selecciona un área de diseño de 1.500 pie2, a la cual corresponde una densidad de 0,2 gpm/pie2, el caudal del sistema sería:
Q = 0,2 gpm/ft2 x 1.500 pie2 = 300 gpm
Este sería el caudal teórico. Es conveniente ajustar este caudal porque siempre el resultado final (cuando se realicen los cálculos hidráulicos) va a ser mayor. El factor de corrección va a depender de la configuración del sistema de rociadores. Así, para un sistema tipo árbol el factor de corrección puede estar en el orden del 25%-35%, para un sistema tipo anillo el factor de corrección puede estar en el orden del 15%-25%, y para un sistema tipo malla el factor de corrección puede estar en el orden del 5%-15%.
Por lo tanto, el caudal ajustado para un sistema tipo árbol podría ser:
Qa = 1,3 x 300 gpm = 390 gpm
CAUDAL PARA CONEXIONES DE MANGUERAS
Por otra parte, en la norma NFPA 13 se indica que, cuando sea requerido, a la demanda de agua de los rociadores debe añadirse la concesión para chorros de manguera (hose stream allowance). Esta concesión es un caudal de agua que se reserva para utilización de ocupantes entrenados o Bomberos y que será aplicado desde conexiones para manguera provistas por el sistema de rociadores, y va a depender también de la clase de ocupación, como puede observarse en la siguiente Tabla:
(En este enlace se puede ver un artículo relacionado con las conexiones para manguera.)
La concesión para chorros de manguera interna presenta 3 opciones: 0, 50 o 100 gpm. Si no existen conexiones, la concesión es cero; si existe una conexión, la concesión es de 50 gpm; si existen dos o más conexiones, la concesión es de 100 gpm. Entonces, asumiendo que se tienen cuatro (4) conexiones internas para mangueras, al caudal obtenido para el sistema de rociadores se deben sumar 100 gpm.
Así que, el caudal que deberá suministrar la bomba es:
Qt = 390 + 100 = 490 gpm
Si existen conexiones externas para mangueras y éstas son suministradas desde la bomba contra incendio, también debe agregarse ese caudal en el cálculo.
En el ejemplo que se viene desarrollando, habría que sumar 150 gpm, dado que el caudal total combinado indicado en la Tabla mostrada más arriba es de 250 gpm, de los cuales se restan los 100 gpm asignados para las mangueras internas. En definitiva, el caudal total a ser suministrado por la bomba debe ser:
QT = 490 + 150 = 640 gpm
SELECCIÓN DE LA BOMBA CONTRA INCENDIO
Este caudal puede ser satisfecho mediante una bomba listada de caudal nominal 500 gpm, dado que ésta puede suministrar hasta un 150% de su caudal nominal, y la demanda estimada equivale al 128%. Faltaría determinar cuál sería la presión nominal de la bomba, lo que se haría una vez se realicen los cálculos hidráulicos.
RESERVA DE AGUA CONTRA INCENDIO
Con respecto al volumen de agua para reserva contra incendio, éste se obtiene multiplicando el caudal total por el tiempo de aplicación.
En la Tabla mostrada anteriormente también se indica, según la clase de ocupación, el tiempo que debe garantizarse el suministro de agua (duración). Para el caso de riesgos Ordinarios, la Tabla indica dos opciones de duración: 60 y 90 minutos. Se utiliza el menor valor si el sistema de rociadores es monitoreado desde una estación central o remota, y el mayor valor en caso contrario.
CONSIDERACIÓN ADICIONAL
Otro aspecto a considerar es si la edificación, además del sistema de rociadores, cuenta con un sistema de mangueras de acuerdo a NFPA 14, “Standard for the Installation of Standpipe and Hose Systems”, suministrados ambos por la misma bomba. En ese caso, se debe determinar el caudal requerido por dicho sistema, calculado según NFPA 14, y compararlo con el caudal requerido por el sistema de rociadores; dependiendo de la Clase del sistema mangueras y de la configuración del mismo, puede ser que el caudal para el sistema de mangueras sea mayor, por lo que será ése el que defina la selección de la bomba.
CONCLUSIÓN
Como puede verse, realizar el pre-cálculo para estimar la bomba contra incendio no supone muchas complicaciones, pero tampoco se trata de un proceso adivinatorio; siguiendo el procedimiento descrito resulta sencillo y puede hacerse inclusive antes de comenzar el diseño del sistema de rociadores. Lo que sí es básico y primordial es identificar adecuadamente la clasificación del riesgo de la ocupación, para así trabajar con la densidad de descarga requerida.
Una vez que se complete el diseño del sistema de rociadores, con el layout de tuberías y la distribución de rociadores establecidos, se procederá a seleccionar el Área de Diseño del sistema y se podrá realizar el cálculo hidráulico, ya sea de manera manual o mediante software, para obtener la demanda (caudal y presión) del sistema, con lo cual se podrá seleccionar adecadamente la bomba contra incendio.
(En este enlace se puede ver un artículo relacionado con el Área de Diseño para sistemas de rociadores.)
Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela
Fuente: NFPA Automatic Sprinkler System Handbook, Thirteenth Edition
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 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.
Excellente articulo.
Gracias por tu comentario Jorge.
Próximamente las publicaciones estarán disponibles en formato pdf.
Hola, sus artículos resultan muy instructivos; trabajo en el diseño de estos sistemas contra incendios para refinerías, por lo general los trabajos se refieren a casos de almacenes, parqueos, edificios, etc; quisiera conocer si ha publicado algún trabajo sobre el enfriamiento para esferas, donde el tipo de rociador a utilizar no es el convencional para los objetos mencionados. gracias.
Hola Hermes.
Gracias por tu comentario.
Hasta ahora no tengo artículos sobre enfriamiento de esferas; un asunto bastante complicado por cierto, no solo el diseño, también la instalación. Por lo general, para esos sistemas se utilizan toberas de alta velocidad. Además de la esfera, también se deben proteger sus soportes y los equipos asociados.
Excelente artículo Ing. Ybirma.
saludos
Muchas gracias por tu comentario Eugenio.
Saludos
que tal ing. una consulta quisiera saber como saco el cubicaje de una cisterna contraincendios, si se tiene el caudal de la bomba de 250GPM y el sistema solo abastecera a 5 gabinetes contraincendio de clase I.
A la espera de sus comentarios muchas gracias.
Hola Robinson. Gracias por escribir.
Antes que nada, el término «cubicaje» no es el adecuado… En todo caso, entiendo que quieres determinar el volumen de la reserva de agua contra incendios; para ello basta con multiplicar la demanda del sistema (que no necesariamente es igual al caudal nominal de la bomba) por el tiempo estipulado de operación del sistema. Esto es independiente de la cantidad de gabinetes que tengas. Ese sería el volumen mínimo utilizable que deberías tener en la cisterna, luego hay que agregar el volumen no utilizable.
BUENOS DÍAS, QUISIERA SABER QUE PRESIÓN, CAUDAL Y MCA NECESITARIA PARA UNA ELECTROBOMBA CENTRÍFUGA HORIZONTAL, QUE DEBO ALIMENTAR CUATRO HIDRANTES, EN EL ULTIMO PISO DE UN EDIFICIO DE OFICINAS, PARA LO CUAL DEBO COMPENSAR LA FALTA DE ALTURA DEL TANQUE ELEVADO RESPECTO AL SOLADO DEL ULTIMO PISO, YA QUE LA INSTALACIÓN DE INCENDIO TRABAJARÁ POR GRAVITACIÓN DESDE EL CITADO TANQUE ELEVADO. SI MAS QUE AGREGAR AGRADECERÉ LA INFORMACIÓN PARA ASESORAR AL CLIENTE Y QUE ADQUIERA DICHO EQUIPO, ATT. OMAR ALDORINO.-
Hola Omar. Gracias por escribir.
La manera correcta de determinar los parámetros que mencionas para la bomba contra incendios es realizando el cálculo hidráulico correspondiente, atendiendo los criterios de diseño de las normas aplicables, que en tu caso podría ser la NFPA 14; y a partir de los resultados seleccionar la bomba más adecuada. Y para ello, es básico contar con los planos o por lo menos un croquis del sistema… En este campo, aunque algunos crean que sí, no funcionan los oráculos.
Hola Eugenio, muy buen articulo, quisiera hacerte una consulta. Entiendo que al disponer de un sistema de rociadores y a su vez de mangueras, debo determinar cual de los dos me dara un mayor caudal para dimensionar la bomba, con respecto a la presion, debe calcularse igual ambas perdidas (tanto del sistema de rociadores como de la manguera hidraulicamente mas alejada segun NFPA 14) a ver cual es el mas alto y dimensionar la bomba en funcion a esta presion? Quedo atento, saludos cordiales.
Hola Viktor. Gracias por escribir.
Tal como lo planteas, así es.
La bomba debe ser capaz de satisfacer las dos demandas (presión y caudal).
QUE FORMULAS USO PARA CALCULAR LA DOTACION DE AGUA PARA LA CISTERNA DE SISTEMA CONTRAINCENDIO?
Hola Cristhian. Gracias por escribir.
Para calcular el volumen de agua como reserva contra incendios basta con multiplicar la demanda máxima del sistema de extinción por la duración establecida por la norma correspondiente.
Hola buenas tardes muchas
gracias por el articulo
Excelente articulo, me proporciono informacion que desconocia en relacion el calculo segin la cantidad de tomas que existen. hoy aprendi algo nuevo. gracias. Mucho exito.
Hola Erika. Gracias por escribir… Y gracias por tu comentario positivo.
Buenas tardes, agradecido por la valiosa información de sus artículos.
Tengo una consulta. Para un sistema contra incendios que no consiste en rociadores sino solo en mangueras para uso dentro de la edificación ¿Cuál es el procedimiento para estimar la capacidad de la bomba contra incendio?
Saludos
Hola Ángel. Gracias por escribir.
Si la bomba sólo suministra a un sistema de mangueras, los valores nominales de la misma deben ser tales que satisfaga los requerimientos del sistema, obtenidos del cálculo hidráulico. Siempre se puede aprovechar que está permitido que la bomba suministre hasta el 140% de su caudal nominal.
Todos sus artículos me han Sido de mucha ayuda. Excelente trabajo.
Quisiera saber si hay software gratuitos para realizar la modelación del sistema. Gracias
Hola Rosa. Gracias por escribir.
En internet puedes conseguir algún software de cálculo hidráulico gratuito (por ejemplo, Epanet), pero no son muy recomendables para calcular sistemas de rociadores. Tal vez puedan servir para calcula sistemas de manguera y otros sistemas sencillos.