INTRODUCCIÓN
La bomba es un componente esencial de muchos sistemas de extinción de incendios a base de agua, incluyendo los sistemas de rociadores, mangueras, agua pulverizada, espuma, redes de hidrantes, etc. La bomba contra incendio proporciona el caudal y la presión de agua requerida por estos sistemas para cumplir su objetivo. El funcionamiento y las prestaciones adecuadas de la bomba durante un evento de incendio son vitales para garantizar el buen desempeño del sistema de protección.
En un artículo anterior se trataron aspectos básicos de las bombas contra incendio. En el presente artículo se pretende proporcionar algunas nociones acerca de cómo realizar la selección adecuada de la bomba para satisfacer las demandas de los sistemas que son suministrados por ella, determinadas mediante los cálculos hidráulicos. Seleccionar la bomba significa determinar su caudal y presión nominales.
PROCESO DE SELECCIÓN DE LA BOMBA CONTRA INCENDIO
La selección de la bomba comienza una vez que se tienen los resultados de los cálculos hidráulicos realizados al sistema de extinción. Puede resultar un proceso sencillo o no tanto, dependiendo del sistema que se trate. No es lo mismo seleccionar una bomba para un sistema de rociadores que sólo protege un ambiente, que para otro sistema de rociadores que protege un edificio alto además de un almacén. El asunto es más complicado aun si la bomba a seleccionar es para una red de agua contra incendio que alimenta diversos sistemas de extinción en un predio industrial.
Es conveniente recordar que la norma NFPA 20, Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection, permite utilizar la capacidad de la bomba contra incendio hasta un 150% de su caudal nominal, por lo que se puede aprovechar esa circunstancia para realizar la selección; lo recomendable es que el punto de operación del sistema quede en el rango entre 90% y 140% del caudal nominal de la bomba.
Un paso que puede ser necesario en la selección de la bomba contra incendio, es elaborar la gráfica hidráulica indicada en el punto 23.3.4 de la NFPA 13-2016. En dicha gráfica se indica el caudal a la potencia 1,85 (Q1,85) en el eje de las abscisas y la presión en el eje de las ordenadas, y se trazan tanto la curva característica de la bomba como la curva de demanda del sistema, que por la manera de representación resultan siendo unas líneas rectas. La curva de la bomba se representa como una línea que parte desde la presión “a caudal cero” y pasa por su punto nominal, mientras que la curva del sistema se representa como una línea entre el valor de la presión estática disponible (si existe) y el punto de operación.
SELECCIÓN DE BOMBA PARA SISTEMA DE ROCIADORES SIMPLE
Si el resultado del cálculo hidráulico indica que la demanda del sistema es 265 gpm @ 89 psi, con seleccionar una bomba contra incendio de capacidad nominal 250 gpm @ 100 psi seguramente se cumpliría el requerimiento. No valdría la pena un mayor análisis. A pesar de que una bomba de 200 gpm podría ser aceptable, es muy cuesta arriba conseguir una bomba listada con esta capacidad.
En algunas ocasiones se puede tener más de una opción para seleccionar la bomba contra incendio, las cuales podrían evaluarse de manera de escoger la más costo-eficiente. Veamos un ejemplo ilustrativo; un sistema que requiera 975 gpm@ 108 psi.
En este caso se tienen 2 opciones para la selección de la bomba contra incendio: una de 1000 gpm o una de 750 gpm.
Lo más directo sería seleccionar la bomba de 1.000 gpm; pero con la bomba de 750 gpm se puede satisfacer la demanda, con la misma trabajando al 130% de su capacidad.
También debe cumplirse con el requerimiento de presión, por lo que la presión nominal de la bomba debe ser la adecuada, de manera que a la demanda del sistema la presión sea por lo menos la requerida, es decir 108 psi. Para ello es necesario obtener curvas de desempeño de bombas contra incendio listadas con las capacidades evaluadas. Esto se puede conseguir visitando los sitios web de los fabricantes.
Curvas de desempeño de bomba contra incendio de 750 gpm
Curvas de desempeño de bomba contra incendio de 1000 gpm
Las curvas de desempeño de las bombas también sirven para comparar las potencias absorbidas por las bombas, que es un aspecto importante en la selección. El costo de la bomba contra incendio está influenciado por el motor, mientras más potencia más costoso el motor. Igualmente, un motor de mayor potencia consumirá más energía, ya sea eléctrica o proveniente de combustible Diésel.
SELECCIÓN DE BOMBA PARA SISTEMA DE ROCIADORES COMBINADO
Una situación muy frecuente es la combinación de sistema de rociadores y sistema de mangueras protegiendo el mismo predio, donde, como es lógico, cada sistema tiene su propio requerimiento de caudal y presión.
Dependiendo del caso, el sistema de mangueras puede requerir “poco caudal” pero mucha presión, mientras que el sistema de rociadores podría requerir mucho caudal pero “poca presión”. En esas situaciones la bomba contra incendio común debe ser capaz de satisfacer la demanda de ambos sistemas.
Ejemplo: asumamos que los cálculos hidráulicos de los sistemas arrojan los siguiente resultados:
a) Sistema de rociadores: 1.720 gpm @ 95 psi
b) Sistema de mangueras: 512 gpm @ 135 psi
Obviamente, la capacidad nominal de la bomba debe ser tal que satisfaga la demanda mayor (1.720 gpm en este ejemplo). En este caso, como casi siempre, también se tendrían 2 posibles alternativas:
1) Una bomba listada de 1.250 gpm
2) Una bomba listada de 1.500 gpm
Una tercera opción sería una bomba listada de 2.000 gpm, pero la misma resultaría sobredimensionada.
- Si se selecciona la bomba de 1.250 gpm, el caudal de diseño estaría en el 137,6% del caudal nominal de la bomba.
- Si se selecciona la bomba de 1.500 gpm, el caudal de diseño estaría en el 114,6% del caudal nominal de la bomba.
Cualquiera de las dos opciones podría servir pero la selección más adecuada sería la bomba de 1.250 gpm, dado que resultaría la más costo-eficiente.
El siguiente paso es definir la presión nominal de la bomba. Para una presión inicial de ensayo, se puede tomar como referencia la más alta requerida. En el ejemplo, la demanda de presión mayor es de 135 psi.
Con el caudal y la presión nominales de inicio, se selecciona la curva de desempeño de una bomba y se traza en la gráfica hidráulica.
Se representan las curvas de los sistemas en la gráfica hidráulica y se verifica que los puntos de diseño queden por debajo de la línea de la bomba.
Si alguno de los sistemas no cumple esa premisa se selecciona otra curva de bomba con una presión mayor. Si por el contrario, la holgura entre los puntos de diseño y la línea de la bomba se considera excesiva, se puede bajar la presión nominal preseleccionada.
SELECCIÓN DE BOMBA PARA RED QUE SUMINISTRA A MÚLTIPLES SISTEMAS
¿Qué sucede si se trata de una red de extinción compleja, con sistemas de rociadores que protegen diferentes ocupaciones, conexiones para Bomberos, sistemas de diluvio, hidrantes externos, sistemas de espuma, etc.? En ese caso, cada sistema tendría sus requerimientos propios, diferentes de los demás. Algún sistema puede requerir poco caudal y mucha presión, otro podría requerir mucho caudal pero poca presión, y otro podría requerir mucho caudal y mucha presión.
Veamos el siguiente ejemplo:
Supongamos que se realizan los cálculos hidráulicos para diferentes sistemas conectados a la red contra incendios y arrojan los siguientes resultados:
Como se puede observar, no es tan directo seleccionar la bomba contra incendio apropiada para satisfacer los requerimientos de los cuatro escenarios mostrados. Seguramente con una bomba de capacidad nominal de 2.000 gpm @ 120 psi se podría satisfacer todos los escenarios, pero no sería la selección más adecuada. Siempre se debe buscar la solución que sea eficaz en el desempeño y a un costo razonable.
Definiendo el caudal nominal:
Un punto de arranque para buscar la solución al planteamiento sería considerar el escenario que requiere mayor caudal, es decir, el escenario #2. Dado que la bomba contra incendio puede suministrar hasta un 150% de su caudal nominal, se selecciona una bomba de capacidad nominal 1.500 gpm, la cual suministraría 1.884 gpm operando al 125,6%, lo que estaría bien; sólo habría que corroborar que la presión en ese punto sea de por lo menos 107 psi.
Buscando la presión nominal:
Del catálogo del fabricante se selecciona la curva de un modelo de bomba utilizando como referencia la presión más alta requerida (119 psi, sistema #3). En el presente caso se puede comenzar con la curva de una bomba de 1.500 gpm @ 120 psi.
Lo siguiente es elaborar la gráfica hidráulica para cada escenario y verificar si en todos el punto de operación del sistema queda por debajo de la línea de la bomba. Si algún escenario no cumple esta premisa se debe seleccionar otra curva de bomba, por ejemplo, 1.500 gpm @ 125 psi, y así sucesivamente. También es válido bajar la presión nominal si la holgura entre los puntos de operación y la línea de la bomba es excesiva.
Los escenarios considerados aquí se satisfacen con una bomba de capacidad nominal 1.500 gpm @ 130 psi, cuya curva característica dada por el fabricante es la siguiente:
Curva característica de bomba contra incendio 1.500 gpm @ 130 psi
GRÁFICAS HIDRÁULICAS
Las gráficas hidráulicas para los distintos escenarios considerados se muestran a continuación:
Puede observarse que los puntos de operación de los cuatro escenarios considerados se ubican por debajo de la línea de desempeño de la bomba, lo que indica que la selección es adecuada. Tal vez una bomba con presión nominal de 125 psi podría también satisfacer los requerimientos, pero el sistema #2, que es el más exigente, podría quedar demasiado ajustado.
CONSIDERACIONES FINALES
Lo anteriormente expuesto es una aproximación al análisis técnico que debería realizarse en la etapa de diseño para seleccionar la bomba contra incendio que más se ajuste a los requerimientos de los sistemas de extinción. No pretende ser completo ni la verdad absoluta, pero es un proceso que se considera acertado ya que se aplican criterios sanos de ingeniería, para ofrecerle al usuario una solución costo-eficiente.
Es de recalcar que en la selección de la bomba contra incendio también se debe tomar en cuenta su influencia en el costo de instalación así como el costo asociado a las pruebas operativas y al mantenimiento de la misma.
Ing. Luis Ybirma
Caracas – Venezuela
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, 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.
Bn dia
Me ofrecen un proyecto donde se requiere instalar un SCI en un area de 42,000 m2 estoy tratando de calcular la bomba que se requiere para esta area, si ud me puede suguerir bomba y tanque de almacenamiento de agua, seria excelente.
Primero que nada, la información primaria del área a proteger no dice nada acerca de la capacidad que debe tener la bomba contra incendio; ésto viene determinado por los sistemas que va a suplir dicha bomba, y por las características de los predios protegidos. Así que, a priori no se puede «calcular la bomba». Es más, si no se tienen los diseños definidos de los sistemas de extinción no se puede seleccionar la bomba (caudal y presión nominal). Lo que se puede hacer es un pre-cálculo, una estimación de la capacidad de la bomba, pero repito, hay que saber los sistemas que se van a instalar, sus características y también conocer el tipo de riesgo que se va a proteger, para poder definir los escenarios de cálculo. Una vez estimada la capacidad de la bomba se puede calcular el volumen del tanque, en base a los requerimientos normativos.
Estimado Luis
Estamos realizando una ing básica de un sistema contra incendio se tiene definido que el caudal es de 196 m3/hr, sin embargo en una ing conceptual realizada por otra empresa nos indicó que se requerían dos bombas de 110 m3/h y 86 m3/hr y la presión nominal de 13 barg. Sin embargo por normativa chilena vigente la bomba debe ser capaz de atender ese caudal de 196 m3/h por si sola. ¿Cual sería la presión nominal para ese caso?
Hola Amaloa.
Contar con una sola bomba que satisfaga la demanda del sistema es preferible antes que dividir el caudal en dos bombas que trabajen en paralelo… Ahora, un caudal de 196 m3/h (863 gpm) se puede satisfacer con una bomba listada de caudal nominal 750 gpm ya que NFPA permite que estas bombas suministren hasta el 150% de su caudal nominal. La presión nominal debe seleccionarse de tal manera que el punto de operación del sistema quede por debajo de la curva característica de la bomba; esto puede determinarse elaborando la gráfica hidráulica (27.4.4 de NFPA 13) para comparar las curvas de bombas seleccionadas con la curva de demanda del sistema.
Estoy a la orden.
COMO SELECCIONO LA BOMBA SI EN MIS CALCULOS DA 120 HP Y EL CAUDAL REQUERIDO ES 600 GPM
PUEDO SELECCIONAR UNA BOMBA DE 500 GPM NOMINAL Y 75 BHP
Hola Victor. Gracias por escribir.
Sí, puedes seleccionar una bomba de 500 gpm nominal, pero debes cuidar que la presión nominal sea tal que satisfaga la presión requerida a 600 gpm.
La potencia del motor debe ser adecuada para satisfacer cualquier punto de operación de la bomba; normalmente el valor lo indica el fabricante, en base a la demanda nominal.
Necesito ayuda para determinar la capacidad de del alimentador de equipo contra incendio de 125 HP, a 220 Volts, para longitud de 190 ml.
Hola Rafael. Gracias por escribir.
En ese tema no lo puedo ayudar amigo. Lo que sí le puedo decir es que me parece que para 125 HP, es poco conveniente un voltaje de 220 V; si existe la posibilidad, debería trabajar con 440 V.
Buen dia! Una pregunta: De acuerdo con el ejercicio que nos indicó, se estableció que de acuerdo con todos los sistemas a instalar se diseñara para el escenario 2 por tener el caudal critico. La pregunta es: Como se escogio ese caudal debo buscar la bomba que me satisfaga las condiciones exigidas por la NFPA y a su vez la presion de 107 psi, es decir no tengo que verificar con la presion minima de los 4 escenarios. Me podria indicar por favor porque? Muchas gracias!
Hola Adirana. Gracias por escribir.
Creo que puedes obtener las respuestas a todas tus preguntas releyendo y analizando los textos del artículo.
Si requiere algún apoyo me puede escribir por email o WhatsApp. Estoy a la orden.
Saludos Ing. Ybirma, agradecido con sus grandes aportes en esta área tan importante, tengo una consulta respecto a las bombas contra incendio. Si bien es sabido que existen bombas horizontales de carcasa partida, en este tipo de bombas cual es la ventaja o beneficios en los sistemas contra incendios, a parte de utilizarse cuando se tiene la succión positiva?
Hola Rubén. Gracias por escribir.
Cuando se tiene «succión positiva» se puede utilizar una bomba de carcasa partida, una bomba vertical en-línea o una bomba de succión axial. La selección final debe hacerla el diseñador en acuerdo con el propietario. Hay factores a considerar como el costo, demanda del sistema, espacio de ubicación, potencia requerida, entre otros. La ventaja de la bomba de carcasa partida es su facilidad para realizarle mantenimiento.
muy buena la explicacion
Buenas tardes Ingeniero Luis, un cliente me esta pidiendo el CDT (Carga Dinamica Total) del sistema vs incendio para la determinacion de la bomba, ¿esto es relevante para la misma o solo con lo del articulo anterior es mas que suficiente?
Hola Omar. Gracias por escribir.
Para seleccionar la bomba contra incendio es necesario realizar los cálculos hidráulicos de los sistemas que serán suplidos. Con base en las demandas de caudal y presión obtenidos se procede a determinar el punto nominal de la bomba.
Es recomendable tener una segunda bomba como relevo en caso que la bomba titular fallara?.
Es recomendable que la bomba titular sea inducida con un motor electrico y la segunda de repuesta sea de combustion interna?.
Hola Gerardo. Gracias por escribir.
Sí, dependiendo de las particularidades del predio protegido, puede ser recomendable contar con una bomba de respaldo. De hecho, en algunas situaciones, algunos códigos y/o Autoridades Competentes la requieren. Pero siempre conviene realizar un análisis y evaluación de costo-beneficio, antes de realizar esa inversión.
Muchas gracias Ingeniero!