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Sistemas Hidráulicos, Supresión & Extinción

Bombéalo

Por Stuart M. Lewis

¿Funcionará el sistema de supresión de incendios de su edificio ante una emergencia? Lo hará con un mantenimiento y prueba adecuados.

En los Estados Unidos, las torres de oficinas, clínicas de un piso, escuelas, plantas industriales y depósitos están protegidos del daño por incendios a través de sistemas con rociadores a base de agua y bombas contra incendio, que pueden estar años sin ser activados. ¿Podrán estos sistemas suministrar el agua necesaria en caso de incendio?

Con demasiada frecuencia la respuesta es no. Los equipos de bombas contra incendio pueden fallar después del comienzo de un incendio o antes de que éste se encuentre bajo control. A veces, el equipo ni siquiera comienza a funcionar.

Según Hill Harvey de Harvey & Associates en Fountain Inn, Carolina del Sur, eso fue lo que ocurrió en una planta fabricante de alfombras en Georgia en 1995. La planta quedó destruida durante un incendio ante la falla de dos bombas diesel contra incendio cuyo mantenimiento había sido inapropiado. Nadie murió en el incendio, pero el daño a la propiedad alcanzó los 200 millones de dólares.

“La planta no brindó un programa de mantenimiento adecuado, y las unidades fallaron cuando se las necesitaba", dice Harvey, que diseña, instala, inspecciona, prueba y repara sistemas de protección contra incendios. También participa en el Comité Técnico de Bombas de Incendio de la NFPA.

A pesar de que existen códigos y normas que regulan el diseño, instalación, rendimiento, prueba y mantenimiento de los sistemas de protección contra incendios, no siempre se cumple con ellos. Como resultado, dice Harvey, “existen instalaciones de bombas de incendio en las que la gente tiene una sensación de seguridad falsa, ellos creen que cuentan con un suministro de agua, cuando en realidad no es así, debido a que el sistema de bombeo no funciona".

Principios básicos de la instalación de la bomba de incendio
La instalación de la bomba de incendio comienza verdaderamente con las primeras etapas de planeamiento de un proyecto.

“El profesional de protección contra incendios deberá realizar la evaluación hidráulica del suministro de agua propuesto", dice Harvey, “y luego tomar los factores de flujo de agua, duración y presión necesarios en un sistema de protección contra incendios en particular, a fin de determinar si se requiere o no una bomba contra incendio. Las bombas de incendio eléctricas han sido el tipo más comúnmente seleccionado durante años, ya sea para incrementar la presión o generarla. Sin embargo, existen otras opciones de accionamiento confiables disponibles para satisfacer las necesidades especiales de un proyecto, como el diesel por ejemplo.

Los edificios que superan una cierta altura o tamaño, necesitarán una bomba de incendio que suministre el flujo de agua y la presión requerido para los sistemas de rociadores y toma de agua. Estas bombas podrán bien incrementar el suministro de agua existente o bombear agua desde otra fuente, como estanques, tanques o pozos.

Los componentes de una instalación de bomba contra incendio incluyen una fuente de energía o almacenamiento de combustible; un accionamiento, como un motor eléctrico, motor diesel, o turbina a vapor; un controlador para el motor eléctrico o un controlador diesel para una bomba accionada por motor; y otros componentes tales como las propias bombas de incendio, tuberías, válvulas, accesorios, casillas de las bombas, cimientos y drenaje así como dispositivos, alarmas y conductores eléctricos. Los requisitos principales para estos componentes se describen en la norma NFPA 20, Instalación de bombas estacionarias de protección contra incendios. Según Jim Nasby, director de ingeniería de Master Control Systems Inc., en Lake Bluff, Illinois, todos estos componentes se encuentran en una “ruta inicial crítica” del sistema.

La NFPA 20 considera dos fuentes de energía eléctrica confiables cuando se las utiliza como un suministro de energía individual e independiente: servicios de una empresa pública o una estación de energía eléctrica in-situ, que suministra todas las cargas eléctricas normales de las instalaciones, según se define en el Artículo 695 del Código NFPA 70, Código Eléctrico Nacional (NEC). Los generadores de reserva y los generadores de energía de emergencia no pueden ser utilizados como únicas fuentes de energía para bombas contra incendio, pero pueden ser utilizados en combinación con otras fuentes.

La norma NFPA 20 permite ciertas combinaciones de fuentes de energía. Por ejemplo, dos o más servicios públicos o estaciones de energía in-situ podrían combinarse para suministrar energía. Al igual que pueden hacerlo un generador de reserva y los servicios públicos o las estaciones de energía in-situ, los alimentadores de dos o más fuentes de energía, un alimentador o más en combinación con un generador de reserva, y una bomba de incendio accionada por motor diesel o turbina a vapor.

En cada uno de estos casos, el suministro de energía y los conductores desde la fuente de energía hacia la ubicación de la bomba de incendio, deberán estar protegidos del daño causado por los incendios o una falla estructural.

Los conductores deberán también conectar directamente la fuente de energía a la bomba de incendio, a fin de asegurar que no se desconecte el suministro de energía a la bomba cuando se desconecte la energía de la planta. El objeto de este cableado es mantener un flujo de agua constante hacia el sistema de rociadores. Los suministros de energía de bombas de incendio más recientes en los Estados Unidos utilizan una configuración de cuatro cables y tres fases.

Un controlador de bomba contra incendio es un controlador a motor especializado, que activa y controla el accionamiento a motor eléctrico de la bomba contra incendio. En su papel de guardia en la sala de bombas, recibe la información de un transductor de presión para activar el accionamiento de la bomba, haciendo que el contactor del motor suministre energía al motor eléctrico y envíe una alarma al panel de alarma o estación de monitoreo central anunciando que el motor de la bomba ha comenzado a funcionar. Un controlador puede contener o no un interruptor de transferencia para moverse entre las fuentes de energía alternas. No obstante, de ser así, la norma NFPA 20 establece que todos los controladores y llaves de paso estén específicamente listados para servicios de bombas de incendio accionadas a motor eléctrico.

Existen ocho tipos controladores de arranque diferentes. El más económico es el controlador a través de la línea (ATL) o de voltaje completo, que brinda el mejor torque inicial pero que consume la mayor cantidad de corriente al activarse. Es el tipo más económico de controlador, según Harvey.

Luego está el controlador de bobinado parcial, un tipo de corriente de arranque reducida que utiliza únicamente la mitad de las bobinas del motor al activarse. Al final de un período de aceleración, que la norma NFPA 20 limita a 10 segundos, un segundo contactor del motor cierra y energiza el segundo grupo de bobinas del motor, aplicando un voltaje completo al motor. Esto requiere de un motor con bobinado especial, pero suministra aproximadamente el 48 por ciento del torque inicial, que es suficiente para alcanzar la máxima velocidad del motor antes de pasar a un voltaje completo.

Un tercer tipo de controlador es el controlador de resistencia primaria, que ejerce una resistencia eléctrica fija en serie con el motor durante el arranque para reducir la corriente de irrupción. Al final de un período de aceleración, el controlador deriva automáticamente la resistencia, aplicando un voltaje completo al motor para un funcionamiento normal. El controlador de resistencia es uno de los medios más antiguos de arranque con voltaje reducido y se ha utilizado durante un tiempo en las aplicaciones de bombas contra incendio. Requiere de un gabinete ventilado, que ayuda a disipar la gran cantidad de calor que genera la bomba desde un gran banco de resistencia de línea en un gabinete adyacente al activarse.

Otro tipo de controlador es el controlador de reactor primario, que no debe confundirse con el controlador de resistencia primaria. Los controladores de reactor primario utilizan un diseño de reactor de baja energía en los que se consume aproximadamente la misma cantidad de kilovatios que con un controlador autotransformador, que es el que suministra la menor corriente de métodos de arranque de voltaje reducido. Los reactores que no producen calor se instalan en un gabinete de control sin ventilación.

Los controladores de transición abierta Y-delta y los controladores de transición cerrada Y-delta cambian la configuración de bobinado del motor para alcanzar una corriente de irrupción reducida, arrancando en el modo Y y operando en el modo delta. Así se suministra únicamente un torque del 33 por ciento en el modo inicial y, según Nasby, puede acelerar o no una bomba sin flujo, que es la condición de presión más elevada. La diferencia entre transición abierta y cerrada es que, en el modo abierto, el motor se des-energiza hasta por 1 segundo durante la transición de Y a delta. En la transición cerrada, las resistencias se insertan en paralelo con los bobinados del motor Y, luego en serie con los bobinados en delta, con lo cual el motor nunca se des-energiza al pasar de la fase inicial Y a la fase de operación delta.  Estos métodos de arranque requieren un motor eléctrico especial de 6 ó 12 cables.

El arranque/frenado suave de estado sólido es una tecnología más reciente que utiliza rectificadores controlados por siliconas para modificar el voltaje suministrado al motor durante el período de aceleración. Según Ferry Jopko, gerente de ingeniería y comercialización de Hubbell Industrial Controls en Archdale, Carolina del Norte, “el controlador de arranque suave permite aumentar o disminuir el voltaje cuando se aumenta la velocidad de la bomba para eliminar el golpe de ariete en la instalación sanitaria. Ha ganado mucha popularidad y probablemente ahora vendemos tantos o más de estos que de los controladores ATL”.

El séptimo tipo de controlador es el controlador auto-transformador, que, como su nombre lo indica, utiliza un auto-transformador para suministrar una corriente de arranque reducida. Cuando se lo configura en la derivación estándar del 65 por ciento, este método suministra un torque de arranque del 42 por ciento, suficiente para llevar al motor a su máxima velocidad antes de la transición al voltaje completo. Este método de arranque suministra la corriente más baja de los métodos de arranque de voltaje reducido.

Por último, los controladores más recientes y más costosos son los controladores de velocidad variable, que utilizan accionamientos de frecuencia variable para alcanzar un arranque controlado del motor de la bomba contra incendio. Sólo un accionamiento de velocidad variable (VSD) de Master Control Systems, está actualmente listado para las aplicaciones de bombas contra incendio. Según Harvey, los VSD “representan realmente una tecnología de punta”.

Aun más actualizado, según Jopko, es un VSD que utiliza la lógica de los microprocesadores en lugar de la lógica del relé, permitiendo una programación que mantiene un registro de antecedentes de operación del sistema.

“Podemos ver por qué la bomba se activó, cuándo y con qué frecuencia fue probada, y si se la frenó manual o automáticamente”, dice Jopko.

Durante el arranque inicial, todos los controladores deben poder arrancar el motor de la bomba con una manivela de emergencias, típicamente a través de la línea. Según Nasby, el tipo de arranque ATL o de voltaje completo es el tipo de controlador más común para las bombas contra incendio accionadas a motor eléctrico. También es común el controlador de fuente única con una única fuente de electricidad.

Los controladores de bomba contra incendio también pueden describirse como de servicio completo o limitado —es decir, limitado a un máximo de 30 caballos de fuerza. Predomina el de servicio completo.

Los controladores también pueden ser de voltaje bajo o medio. Los controladores de voltaje medio son aquellos que superan los 600 voltios, por lo general 2.400 y 4.160 voltios, y los controladores de voltaje bajo son aquellos que poseen entre 208 y 600 voltios. Predominan los controladores de voltaje bajo. Así, los controladores de bomba de incendio ATL, de bajo voltaje, fuente única y servicio completo son los más comunes.

Impulsores
En conformidad con la norma NFPA 20, todos los motores de bombas de incendio deben cumplir con las normas de la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos, NEMA MG-1 de Diseño B, estar específicamente listados para el servicio de bombas de incendio o estar calificados para una función continua. Los caballos de fuerza calificados por lo general varían entre 5 y 500. Los motores NEMA de Diseño B por lo general son motores de tres fases, “jaula de ardilla”.

Las bombas de incendio están por lo general impulsadas por motores diesel, que le brindan a la bomba una fuente de energía totalmente independiente. El Capítulo 11 de la NFPA 20, establece que estos motores deben estar listados para cumplir con la función de las bombas de incendio, lo que significa que están diseñados y que deben operar a la velocidad para la que están capacitados, generalmente entre 1.460 y 3.300 rpm. La velocidad de los motores está regulada por reguladores controlados por controladores diesel especializados para supervisar el arranque y funcionamiento de los motores. Al igual que con todas las bombas, los ejercicios y el mantenimiento de rutina son críticos para un funcionamiento confiable.

A pesar de que el objetivo del diseño en la mayoría de las instalaciones eléctricas es proteger el equipo eléctrico de las fallas, éste no es el caso con los equipos de bombas de incendio. Según Nasby, "una de las peculiaridades de los controladores eléctricos de bombas de incendio autorizados por la norma NFPA 20, es que no existirán elementos de sobrecarga, como los que se encuentran típicamente en un arranque de motor de combinado. La protección del motor está suministrada únicamente por un interruptor automático del circuito que no puede desactivarse en ningún nivel inferior al 300 por ciento de los amperios a plena carga (FLA) del motor, y que, ante un rotor cerrado, que por lo general es del 600 por ciento de los FLA, debe desactivarse entre los 8 y 20 segundos".

Esto permite una intervención manual en caso de que algo evite que el rotor en la bomba gire, por ejemplo.

“Las características son tales que el controlador no puede apagar la bomba si se encuentra en funcionamiento, incluso si la corriente es de hasta un 299 por ciento de los FLA del motor.  Esto significa que el controlador, el motor, el cableado y el suministro de energía se consideran sacrificatorios, siguiendo el concepto de hacer funcionar la bomba hasta su destrucción si fuera necesario, mientras funcionen y suministren agua”, dice Nasby.

Prueba y mantenimiento
Los sistemas de protección contra incendios y bombas contra incendio requieren de una prueba de rutina ya que no se los utiliza regularmente y así los problemas podrían pasar inadvertidos. Un ejemplo de esto es el ajuste a fase única, algo que ha plagado la industria de las bombas contra incendio durante años, según Harvey.

El ajuste a fase única ocurre cuando se daña una de las tres fases del suministro de energía al motor. Esto puede ocurrir cuando una descarga de rayos, sobre tensión, mal funcionamiento del transformador, o algo similar daña uno de los conductores del suministro de energía. La bomba podría intentar arrancar pero sólo girará lentamente hasta que el motor o controlador, o ambos fallen. Eso, dice Harvey, puede suceder muy rápidamente.

“Los controladores más recientes tienen instalados monitores de fase que envían una alarma cuando se presenta una falla o inversión de las fases”, dice Harvey. “Sin embargo, existen miles de controladores accionados a electricidad en uso que no cuentan con un monitor de fases o que pueden dañarse con una sobre tensión que elimine una de las fases".

La norma NFPA 20 establece que las bombas contra incendio deben ser inspeccionadas, probadas y mantenidas de conformidad con la norma NFPA 25, Inspección, prueba y mantenimiento de sistemas hidráulicos de protección contra incendios, y que los controladores de las bombas contra incendio deben probarse de conformidad con los procedimientos de prueba recomendados por el fabricante. La norma NFPA 25 describe la frecuencia con que deben realizarse dichas pruebas, qué debe probarse, qué datos deben registrarse, y qué formularios deben utilizarse para registrar los datos.

Por ejemplo, las bombas contra incendio deben probarse semanalmente sin flujo de agua. Una bomba eléctrica debe ponerse en funcionamiento durante al menos 10 minutos cada semana, y una bomba diesel durante al menos 30 minutos. Parte de las pruebas semanales también debe incluir un control del suministro de energía para las condiciones de inversión de las fases y de fase única. Asimismo, cada ubicación de la bomba debe probarse anualmente con flujos de agua mínimos, calificados, y pico.  El cumplimiento con estas normas asegura que cada parte del equipo se utilice rutinariamente y que pueda detectarse y corregirse cualquier condición inusual.

Una característica fundamental para la prueba y mantenimiento efectivos de un sistema de bombas contra incendio es contar con gente con conocimiento de los equipos. La norma NFPA 25 establece que el mantenimiento y prueba deben llevarse a cabo por “personal calificado”, a pesar de que no aclara qué quiere decir con esto.

“Definitivamente debe ser por alguien con experiencia en el uso de los equipos y que sepa tomar las precauciones adecuadas en cuanto a la seguridad", dice Nasby. “Dependiendo de la instalación y la jurisdicción, podrían existir normas de bloqueo/etiquetado con indicaciones de lo que debe hacerse”.

Equipos más antiguos pueden presentar desafíos especiales ya que se deben utilizar sondas de prueba dentro del gabinete del controlador para leer las corrientes y voltajes.

“Hay que meter la cabeza y las manos en algunos lugares bastante peligrosos, y por ello es necesario contar con gente capacitada y consciente en cuanto a la seguridad, que lo haga con los equipos de seguridad adecuados”, dice Harvey.

Para los equipos más nuevos, la edición de 1999 de la norma NFPA 20 establece que se debe suministrar la información de medición (voltios y amperes) fuera del gabinete del controlador.

Así es más seguro tomar las lecturas correspondientes ya que no es necesario abrir la puerta del gabinete.

Pruebas, pruebas y más pruebas
¿Hasta qué punto se cumple con los requisitos para las pruebas periódicas?

“Sólo hasta un cierto punto”, dice Nasby. “Es una función del énfasis que se pone sobre el sistema de protección de incendios. Normalmente, si uno ve una sala de bombas verdaderamente limpia, todo ordenado y en su lugar, y que no ha sido utilizado para almacenar, entonces las probabilidades indican que el equipo ha sido probado regularmente. Cuando en cambio la sala está sucia y pareciera que nadie la ha utilizado por un tiempo, las probabilidades indican que el equipo no se ha probado”, acuerda Harvey.

“Probablemente muchas de las instalaciones no se prueban semanalmente”, dice. Y eso es inaceptable.

“Para asegurarse de que el agua estará allí cuando se la necesite para controlar un incendio”, dice Harvey, “las etapas de planeamiento e ingeniería de un proyecto y las diversas disciplinas de la ingeniería, deben trabajar unidas a fin de desarrollar un plan de mantenimiento de protección contra incendios sólido. Todos los componentes deben trabajar como una única unidad para proteger las instalaciones”.

Sólo cuando se le preste atención a estas palabras, la seguridad de nuestros sistemas de protección contra incendios será una realidad para las cientos de miles de construcciones en los Estados Unidos.

Los dispositivos más recientes
Durante los últimos 25 años, la aceptación de las bombas de incendio como un componente importante en la protección del personal y de los edificios ha aumentado significativamente.

“Las bombas de incendio han pasado del simple hecho de suministrar agua a los sistemas de incendios que protegen las plantas y los equipos, a tener un papel más importante en los sistemas de seguridad humana", dice Bill Harvey. “Ahora, las bombas se utilizan para aplicaciones residenciales, tales como hospitales, moteles, clínicas, escuelas u otros lugares de ocupación”.

“Al igual que aumentó la necesidad de una aplicación más amplia para las bombas de incendio, aumentó también la necesidad de contar con controladores de bombas de incendio más diversos y mejores”, agrega.

Existen dos nuevos métodos listados para brindar un control de presión y velocidad variable en una bomba de incendio, según Jim Nasby. Uno es el denominado control con limitación de presión, que modifica la velocidad del motor de una bomba ajustando el punto de ajuste del regulador para mantener la presión dentro de los límites de dicho punto de ajuste. Este controlador es fabricado por Clark Fire Protection Products, para su línea de motores diesel de bombas de incendio con impulsores de limitación de presión certificados.

El otro método es el controlador con accionamiento de velocidad variable (VSD) ofrecido por Master Control Systems. Presentado en el 2003, se utiliza para modificar la velocidad del accionamiento del motor eléctrico.

La razón principal para utilizar una bomba contra incendio VSD, según Nasby, “es ayudar a solucionar el problema de controlar la presión de descarga de la bomba de incendio, en especial cuando existe un flujo mínimo o nulo, como por ejemplo durante una prueba semanal. Esta es una prueba sin flujo en la que se utiliza la mayor presión que existirá normalmente. Estos controladores limitan la presión máxima que puede ejercer una bomba de incendio y eliminan la necesidad de contar con dispositivos reguladores de la presión en la ruta de descarga de la bomba”. Estos son aún necesarios cuando se accionan los controladores VSD a través de la línea.

Un transductor de presión monitorea la presión del sistema, y el controlador modifica la velocidad del motor a fin de suministrar la presión requerida del sistema. También limita la presión a un punto de ajuste máximo predeterminado. Ofrece un arranque suave del motor y, a través del circuito correspondiente, una característica de freno suave.

La desventaja principal de un VSD eléctrico es su complejidad. Ya que representa algo más, en la ruta crítica, que podría fallar, se suministra una ruta de desvío para desactivar el VSD en caso de problemas y permitir una operación manual. Otra desventaja es el costo, que puede ser hasta el doble del costo de un controlador de servicio completo convencional. Se debe prestar especial atención también a las temperaturas de la sala de bombas, ya que un VSD podría requerir de aire acondicionado.

Un posible mal uso es también un tema crítico, según Matthew Roy, gerente de comercialización de Armstrong Fire Pump Product Group en Toronto, Canadá.

“El propósito de su aplicación es esencialmente para casos en los que no existe otra alternativa viable o redituable”, explica Roy. “La aplicación principal es en edificios de alto grado de desafío donde varias de las cabezas de los rociadores cuentan con una capacidad presión máxima de 175 psi. Concebiblemente, puede utilizarse en aplicaciones de gran altura en serie para extender el alcance de cada zona en el sistema. A pesar de que esto está permitido, yo personalmente no lo veo como una posible aplicación. Existen otras, como por ejemplo limitar las presiones en los sistemas de toma de agua II a 100 psi”.

La edición 2003 de la norma NFPA 20, Instalación de bombas estacionarias de protección contra incendios, no reconoce los accionamientos de velocidad variable, a pesar de que el comité técnico reconoce que podrían tener que agregarse en una futura edición.

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