Máximo rendimiento de bombas
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Sistemas Hidráulicos, Supresión & Extinción

Máximo rendimiento de bombas

Por Mark Conroy

Desde su creación en 1899, la norma NFPA 20 ha sido sometida a numerosas revisiones, incluyendo los cambios claves recientes para mantenerla al ritmo de los variables conceptos de la protección contra incendios.

Las bombas de incendio son componentes esenciales de muchos sistemas de protección contra incendios a base de agua, incluyendo los sistemas de rociadores, columna reguladora, rociadores de agua espuma, pulverización de agua y niebla de agua. Cuando se determina la necesidad de un análisis hidráulico, las bombas de incendio proporcionan el flujo y presión de agua requerida para estos sistemas. Las bombas también pueden usarse como una fuente de abastecimiento de agua secundaria, en combinación con el abastecimiento de agua almacenada, para un sistema de protección contra incendios. El funcionamiento adecuado de una bomba de incendio durante una conflagración es vital para el éxito de un sistema de protección contra incendios que abarque toda la instalación. Hasta cierto punto, el funcionamiento de una bomba depende de un diseño y prácticas de instalación seguros. Con el fin de establecer un conjunto de pautas uniformes para facilitar la instalación adecuada y efectiva de las bombas de incendio, la NFPA organizó el Comité Técnico sobre Bombas de Incendio en 1899. Esto dio como resultado la creación de la norma NFPA 20, Instalación de Bombas Estacionarias para Protección contra Incendios, cuya edición de 1999 acaba de ser publicada.

Uno de los cambios más obvios de la norma NFPA 20, dirigido a la forma en la cual las bombas de incendio y sus componentes asociados son instalados, es su nuevo título, Norma para la Instalación de Bombas de Incendio. La palabra "centrífuga" ha sido retirada. Bombas centrífugas son aquellas que dependen de una fuerza rotativa para descargar agua a alta presión y velocidad. Mientras las bombas centrífugas continúan siendo las más utilizadas para la protección contra incendios, otros tipos, tales como las bombas de desplazamiento positivo, también están disponibles y ahora son tenidas en cuenta por la norma.

De hecho, el Capítulo 5 de la norma NFPA 20 consta en su totalidad de información nueva dirigida específicamente a las bombas de desplazamiento positivo, que funcionan descargando un determinado volumen de agua durante cada revolución del eje de la bomba a través de un medio mecánico, tal como un émbolo o engranaje rotativo. Las bombas de desplazamiento positivo son, por lo general, más utilizadas para bombear concentrado de espuma en un sistema a base de espuma y para sistemas de niebla de agua que requieren presiones muy altas.

Tubería de succión y descarga
La norma NFPA 20 regula la tubería y accesorios de succión ya que el tamaño, disposición, y dispositivos ubicados en la tubería de succión afectan el funcionamiento de las bombas de incendio. Si el diámetro de la tubería de succión es demasiado pequeño, la pérdida asociada por fricción en los picos del flujo sería como causar presiones negativas en la brida de succión de la bomba. Actualmente la norma NFPA 20 requiere específicamente que la tubería de succión sea medida para que la velocidad del agua en esta parte del tubo de succión, ubicada a 10 diámetros del tubo corriente arriba de la brida de succión de la bomba, no exceda un cierto valor cuando la bomba esté funcionando a su máxima capacidad. Además, la norma NFPA 20 establece un requerimiento mínimo sobre el tamaño de 10 diámetros de la tubería de succión desde la brida de succión de la bomba.

Los dispositivos en la tubería de succión, tales como válvulas y dispositivos de flujo de retorno, pueden causar turbulencia excesiva en el agua que entra a la bomba. Estas turbulencias pueden dar como resultado bolsas de aire que dañen los componentes internos de las bombas. Como resultado, la NFPA 20 ha sido revisada para permitir solamente válvulas de compuerta (OS&Y) de tornillo exterior y horquilla en la tubería de succión. Las válvulas de compuerta OS&Y están permitidas porque la compuerta está completamente fuera del caudal del agua cuando las válvulas están abiertas, minimizando así la turbulencia. La norma también prohíbe la instalación de otros tipos de válvulas dentro de 50 pies (15 m) de la brida de succión de la bomba. La instalación de accesorios, como codos y T, pueden causar daños en el funcionamiento de una bomba de carcasa horizontal partida, la cual es un tipo de bomba centrífuga, si son instaladas con su línea central paralela al eje de la bomba. Este tipo de instalación está prohibida dentro de un espacio de 10 diámetros de la brida de succión de la bomba, ya que ésta puede causar un desequilibrio en la rotación del impulsor de la bomba.

Válvulas de alivio
Para disminuir la probabilidad de daño en la bomba de incendio y en el sistema de protección contra incendio por sobrepresión, son necesarias las válvulas de alivio instaladas, a veces, en combinación con otros dispositivos. La NFPA reconoce dos tipos de válvulas de alivio: válvulas de alivio de circulación y válvulas de alivio de presión.

Las válvulas de alivio de circulación son usadas para evitar que una bomba de incendio se recaliente cuando esté funcionando sin que se haya descargado agua a través del sistema. Esto se conoce como la "churn condition." Cuando una bomba de incendio funciona en "churn condition" la temperatura del agua continúa incrementándose hasta alcanzar su punto de ebullición, causando daños significativos a la bomba. Una válvula de alivio de circulación actúa para descargar una pequeña cantidad de agua de la bomba que está en "churn condition" para evitar la concentración del calor. La norma NFPA 20 ha sido revisada para exigir que la válvula de alivio de circulación sea instalada sobre el lado de descarga de la bomba antes que la válvula de retención.

Las válvulas de alivio de presión, que son requeridas por ciertas instalaciones de bombas de incendio impulsadas por motor diesel, son usadas para evitar que el sistema de protección contra incendio se sobre presurice cuando el motor diesel funciona demasiado rápido al/o por encima de 120 por ciento de la velocidad asignada. Cuando el motor funciona demasiado rápido, la bomba de incendio también funciona demasiado rápido, a veces produciendo presiones superiores al límite de presión de los componentes del sistema.

Es importante advertir que una válvula de alivio de presión no debe utilizarse como substituto para otros dispositivos reguladores de presión. La válvula de alivio de presión sólo debe usarse para evitar daños causados por bombas demasiado veloces. Si durante la velocidad normal de funcionamiento de una máquina es probable que ocurran altas presiones, deberán instalarse otros dispositivos reguladores de presión.

La edición 1999 de la norma NFPA 20 también se refirió a la tubería de descarga de la bomba de alivio de presión.

La descarga de la válvula de alivio de presión ahora puede ser entubada de regreso a la tubería de succión de la bomba, siempre que se instale una válvula de alivio de circulación.

Protección del equipo
El equipo de la bomba de incendio, incluyendo la misma bomba, el operario y el regulador, deben ser protegidos contra la interrupción del servicio como resultado de los daños causados por condiciones adversas, tales como fuego y explosión. Mientras la norma NFPA 20 ha incluido disposiciones específicas dirigidas a la protección de equipos por muchos años, la edición 1999 requiere específicamente que las bombas individuales de incendio, interiores, estén separadas de las demás áreas del edificio por una construcción de 2 horas de resistencia al fuego. También se han agregado disposiciones concernientes a la protección de conductores para el suministro de energía dentro y fuera del cuarto de bombas de incendio.

Hay varias excepciones de la regla de 2 horas. Cuando una edificación está protegida por un sistema de rociadores instalado de acuerdo con la norma NFPA 13, Instalación de Sistemas de Rociadores, por ejemplo, el requerimiento de separación puede reducirse a una hora. Otra excepción permite que las bombas de incendio exteriores y las bombas de incendio en edificios diferentes al edificio protegido por la bomba no tengan una clasificación por horas, a menos que el edificio de la bomba de incendio, o la unidad exterior esté por lo menos a 50 pies (15 metros) del edificio protegido. Las instalaciones de la bomba de incendios exterior también deben protegerse de condiciones adversas tales como vendavales, vandalismo y roedores.

Distribución de suministros de energía eléctrica
En el Capítulo 6, la norma NFPA 20 se refiere al funcionamiento y distribución del equipo eléctrico necesario para el rendimiento efectivo de las bombas de incendio accionadas por motor eléctrico. Sin embargo, la edición de 1999 no cubre los requerimientos para el alambrado de la instalación. Este tema fue tratado en el Artículo 695 de la norma NFPA 70, Código Nacional Eléctrico® (NEC).

Cuando se utilizan motores impulsados por electricidad, la norma NFPA requiere una fuente de energía eléctrica confiable de una empresa de servicios públicos o de una instalación de producción de energía eléctrica local. Cuando no se puede obtener una fuente confiable a través de los servicios públicos o de la instalación local, debe proveerse de una combinación de otras fuentes, incluyendo dos empresas de servicios públicos, dos instalaciones de producción local, o un servicio público y una instalación de producción local; un servicio público y un generador de reserva local o una instalación de producción local y un generador de reserva; dos o más fuentes de alimentación distribuidas por dos fuentes de servicios públicos independientes; o una o más fuentes de alimentación y un generador de reserva local. Las opciones para proporcionar bombas accionadas por un motor diesel o una turbina a vapor también están disponibles. Sin embargo, la norma NFPA 20 permite que los operarios de un motor diesel o una turbina a vapor sirvan como operarios únicos, de manera que una bomba redundante o de respaldo, activada por motor eléctrico no sea necesaria.

Es importante anotar que las fuentes de alimentación sólo pueden considerarse para edificaciones múltiples, complejos estilo campus universitario que tengan bombas de incendio en uno o más edificios, y donde la empresa de servicios públicos o una instalación de producción local no sea factible. El concepto de fuentes de alimentación que la edición 1999 de la norma NFPA 20 describe más detalladamente, fue introducido en la edición del 96 mediante una Enmienda Interina Tentativa (Tentative Interim Amendment.) La norma NFPA 20 también menciona la distribución de las múltiples fuentes de energía y requiere que sean protegidas como las bombas de incendio unitarias. Un incendio, una falla estructural, o un accidente de funcionamiento que interrumpa una fuente no pueden interrumpir otra fuente.

Medios para desconectar los abastecimientos de energía
Para minimizar la posibilidad de desconectar accidentalmente el abastecimiento de energía eléctrica de una bomba de incendio, la norma NFPA 20 requiere que no se desconecte el abastecimiento de energía cuando la energía de la instalación sea interrumpida. Los conductores del abastecimiento de energía deben conectar la fuente de energía directamente al mando, al conmutador de energía, o a un conmutador de energía de mando combinado. Cuando la conexión directa no es posible, la norma NFPA 20 permite una conexión supervisada entre la fuente de energía remota y el regulador o conmutador.

Cuando el voltaje del suministro es diferente al voltaje utilizado por el motor de la bomba de incendio, debe suministrarse un transformados que cumpla con los requerimientos del Artículo 695-5 del NEC y una conexión supervisada. Ésta incluye un solo medio de desconexión y protección contra sobrecargas.

La norma NFPA 20 proporciona varias opciones para la supervisión de los medios de desconexión. Estos deben ser marcados e identificados de una cierta forma y deben ser ajustados en posición cerrada. También deben ser adaptables para usarse como equipo de servicio y deben ubicarse convenientemente con respecto a otros edificios y a los medios de desconexión de la fuente de energía de la bomba.

Sin importar si se provee una conexión directa o supervisada, el mando de la bomba de incendio para el motor eléctrico también debe incluir un medio de desconexión y un interruptor de aislamiento para desconectar y aislar el mando del abastecimiento de energía.

Protección contra sobrecargas
Para asegurar que una bomba de incendio permanezca funcionando tanto tiempo como sea posible durante un incendio, la norma NFPA 20 extiende los límites de protección contra la sobrecarga más allá de lo que generalmente es requerido por el NEC para condiciones normales. Los medios primarios de protección contra sobrecargas descansan en el mando, y el dispositivo de protección contra la sobrecarga en el mando debe ajustarse para conducir la corriente del rotor trabado del motor de la bomba de incendio.

Un rotor puede trabarse, lo cual no se considera una condición normal, cuando una piedra o cualquier otro objeto se aloja en la bomba de incendio entre el impulsor y la cubierta de ésta, evitando que el eje de la bomba de incendio rote libremente. Esto puede causar que el motor arrastre más corriente eléctrica para proveer suficiente energía con el fin de superar la obstrucción, y la corriente excesivamente alta causará que el motor falle, dañando todo el sistema de protección contra incendios. La intención de la norma NFPA es establecer límites más altos en los dispositivos de protección contra la sobrecarga para incrementar la probabilidad de que la obstrucción pueda ser desalojada y que la bomba de incendio pueda seguir funcionando.

Cuando se provee una conexión supervisada, debe reajustarse la protección contra sobrecargas para conducir indefinidamente la suma de corriente del rotor trabado del motor de la bomba de incendio, el motor de la bomba de mantenimiento de presión, y la corriente a plena carga del equipo accesorio de la bomba de incendio. Esto está, además de la protección contra la sobrecarga, provisto en el mando. Cuando las fuentes de alimentación están permitidas, se admite que la protección contra la sobrecarga cumpla con los requerimientos del NEC, Código Nacional de Electricidad, para condiciones normales de funcionamiento de modo que la protección contra sobrecarga no tenga que ajustarse para conducir indefinidamente la suma de corriente del rotor trabado y los motores de bombas de mantenimiento a presión. Como las fuentes de alimentación sirven a otras cargas eléctricas en una instalación, los dispositivos de protección contra sobrecarga requeridos por el NEC se abrirán antes que cualquier dispositivo que se ajuste para conducir la corriente de los motores de la bomba de incendio. Donde se suministre más de un medio de desconexión en el abastecedor, los dispositivos de protección deben ser coordinados con otros dispositivos de protección contra sobrecarga para abastecimiento lateral.

Si un generador local es usado como suministro de energía, cualquier dispositivo de protección instalado en los circuitos de suministro del generador debe ser dispuesto según tamaño para permitir una aceleración a plena carga del cuarto de bombas. Los dispositivos de protección de sobrecarga no necesitan ajustarse para conducir la corriente del rotor trabado de los motores de la bomba de mantenimiento a presión. La protección contra sobrecarga del rotor trabado en el mando también puede ser desviada hacia el circuito ramal del motor conectado a un generador local suministrado con la protección contra sobrecarga.

Otro cambio concerniente a la protección contra sobrecarga en los mandos de las bombas de incendio impulsadas por motor eléctrico es la recomendación de que los dispositivos de protección contra sobrecarga no sean reajustados más de dos veces si se disparan debido a las condiciones del rotor trabado, a menos que el motor haya sido revisado por recalentamiento excesivo y la causa de la condición haya sido aliviada o eliminada.

Monitoreo de suministros de energía
Además de iniciar y parar las bombas de incendio impulsadas por motores eléctricos, los mandos deben monitorear ciertas condiciones sobre la disponibilidad de los suministros de energía. La edición de 1999 de la norma NFPA 20 requiere que un indicador visible monitoree la disponibilidad de energía en todas las fases de los terminales de líneas del contactador del motor. Además, pueden instalarse censores que impiden que un motor trifásico se ponga en marcha en condiciones de una única fase, pero los censores no pueden desconectar la energía del motor si éste se encuentra rodando en el momento en que se vuelva monofásico.

Cuando dos fuentes de energía son suministradas, la norma NFPA 20 requiere que el circuito de alarma indique cuando ha sido usada la fuente de energía alterna o de respaldo.

Activación de la bomba de incendio
Los controladores de bombas de incendio para motores eléctricos y para motores diesel son para operar automáticamente una bomba de incendio. El medio más común de realizar esto es por medio de un interruptor activado por presión conectado a la tubería del sistema de protección contra incendios a través de una línea sensora de presión. Sin embargo, la edición de 1999 de la norma NFPA 20 ha sido revisada para permitir otros dispositivos, tales como detectores de calor o de humo, para activar las bombas de incendio.

Cuando se utiliza un interruptor de presión, la línea sensora de presión debe estar hecha de latón, cobre, o acero inoxidable serie 300. Si se suministra una bomba de mantenimiento a presión, se requieren líneas sensoras separadas para ambos, el mando de la bomba de incendio y el mando de la bomba de mantenimiento a presión. Las válvulas de cierre están prohibidas en la línea sensora de presión.

Se requiere un dispositivo registrador de presión para todos los mandos activados por presión, pero la edición de 1999 aclara que dicha edición no necesita ser parte del mando de la bomba de incendio. Nueva información acerca de las características de desempeño y ubicación del registrador también han sido agregadas a la norma NFPA 20.

Mantenimiento de la bomba de incendio
Como con todos los sistemas de protección, se confía en que las bombas de incendio funcionen apropiadamente en una emergencia, y el diseño e instalación de las bombas de incendio de acuerdo con la norma NFPA 20 mejora inmensamente esta probabilidad. Sin embargo, el funcionamiento de una bomba de incendio debe ser verificado por tanto tiempo como la bomba ha estado en servicio. La confianza en la prueba inicial de aceptación esbozada en la norma NFPA 20 no es suficiente. A diferencia de los sistemas en edificaciones que no son para emergencias, tales como sistemas de plomería o calefacción, las bombas de incendio no están hechas para operar continuamente, y no deben hacerlo. El único medio confiable de asegurar que una bomba funciona apropiadamente es realizar las inspecciones de rutina, pruebas y mantenimiento, según lo esbozado por la norma NFPA 25, Inspección, Pruebas y Mantenimiento de los Sistemas de Protección contra Incendios a Base de Agua. El cumplimiento de ambas normas, la NFPA 20 y la NFPA 25, tendrá como resultado el desempeño efectivo y confiable de la bomba de incendio cuando sea necesario.

Milosh Puchovksy, P.E., es ingeniero senior de protección contra incendios de la NFPA y personal de enlace para la norma NFPA 20.

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