Calcular los requisitos del cabezal de la bomba contra incendios es un paso crítico en el diseño y selección de un sistema de protección contra incendios confiable. La bomba contra incendios debe generar suficiente presión para superar la elevación, las pérdidas por fricción y la presión requerida en el punto más exigente del sistema.
Si se subestima el cabezal requerido, es posible que la bomba contra incendios no proporcione suficiente presión a los rociadores, hidrantes, estaciones de mangueras o tubos verticales. Si es significativamente grande, el sistema puede experimentar una presión excesiva y costos operativos y de equipo innecesarios.
Para ingenieros, contratistas, consultores y profesionales de la protección contra incendios, comprender cómo calcular el cabezal de la bomba contra incendios proporciona una base práctica para seleccionar la bomba contra incendios adecuada.
Este artículo explica los componentes principales del cabezal de la bomba contra incendios, el proceso de cálculo, fórmulas comunes y consideraciones importantes al seleccionar una bomba contra incendios.
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El cabezal de la bomba contra incendios es la cantidad de energía por unidad de peso que una bomba contra incendios agrega al agua. Comúnmente se expresa como metros de cabezal de agua, pies de cabezal, barra o PSI.
En aplicaciones prácticas de protección contra incendios, el cabezal de la bomba representa la presión que la bomba debe proporcionar para mover el agua desde la fuente de agua disponible hasta el punto de descarga requerido mientras se mantiene la presión residual requerida.
El cabezal de la bomba contra incendios está influenciado por varios factores:
Presión requerida del sistema
Diferencia de elevación
Pérdida por fricción de la tubería
Accesorios y válvulas
Pérdidas de equipos
Presión de succión disponible
Caudal
Presión requerida en el punto remoto o hidráulicamente más exigente
Por lo tanto, el cabezal de bomba requerido debe calcularse como parte del diseño hidráulico general en lugar de seleccionarse de forma independiente.
La cabeza y la presión describen características relacionadas pero utilizan unidades diferentes.
Los fabricantes de bombas pueden proporcionar datos de rendimiento en presión o en cabeza.
Una relación comúnmente utilizada para el agua es:
1 bar ≈ 10,2 metros de altura de agua
și:
1 metro de cabezal de agua ≈ 0,098 bares
În unități imperiale:
1 psi ≈ 2,31 pies de cabeza de agua
Por lo tanto, una bomba con una potencia nominal de aproximadamente 100 metros de altura produce alrededor de 9,8 bar de presión en condiciones de agua estándar.
La relación exacta puede variar ligeramente dependiendo de la densidad y la temperatura del agua, pero estas conversiones son útiles para cálculos preliminares de bombas contra incendios.
Una forma simplificada de determinar el cabezal de bomba contra incendios requerido es:
Cabezal de bomba requerido = Cabezal estático + Pérdida por fricción + Cabezal residual requerido - Cabezal de succión disponible
Cada parte de esta ecuación representa un requisito hidráulico diferente.
La cabeza estática es la diferencia de elevación vertical entre la fuente de agua y el punto donde se debe mantener la presión requerida.
Por ejemplo, si el nivel del agua en un tanque de bomberos está 5 metros por debajo del punto de referencia y el aspersor hidráulicamente más exigente está 35 metros por encima de la bomba, la diferencia de elevación es significativa y debe incluirse en el cálculo.
Cuanto mayor sea la elevación, mayor será el cabezal de la bomba necesario.
Pentru apă:
10 metros de elevación requieren aproximadamente 1 bar de presión.
Esta es la razón por la que los edificios de gran altura a menudo requieren una presión de bomba contra incendios considerablemente mayor que los edificios de poca altura.
El agua pierde presión a medida que fluye a través de las tuberías.
Esta pérdida de presión se conoce como pérdida por fricción y depende de factores como:
Longitud de la tubería
Diámetro de la tubería
Caudal
Material de la tubería
Rugosidad interna de la tubería
Número de accesorios
Válvulas
Curvas
Camisetas
Reductores
Otros componentes del sistema
Una tubería más pequeña generalmente produce una mayor pérdida por fricción al mismo caudal que una tubería más grande.
Esta es una consideración importante al calcular el cabezal de la bomba contra incendios porque la bomba debe proporcionar suficiente presión adicional para compensar estas pérdidas.
Los cálculos hidráulicos suelen utilizar métodos establecidos, como la ecuación de Hazen-Williams o la ecuación de Darcy-Weisbach, según la metodología de diseño y los estándares aplicables.
La bomba contra incendios también debe proporcionar suficiente presión en el punto más exigente hidráulicamente del sistema de protección contra incendios.
Por ejemplo, un sistema de rociadores puede requerir una cierta presión mínima en el rociador remoto o en un grupo de rociadores.
De manera similar, una boca de acceso, una estación de mangueras, una tubería vertical u otra salida de extinción de incendios pueden tener un requisito de presión específico.
Por lo tanto, la bomba no se puede seleccionar basándose únicamente en la elevación y la fricción de la tubería.
Se debe incluir la presión requerida en el punto de descarga final.
Este valor suele ser una de las entradas más importantes en el cálculo del cabezal de la bomba contra incendios.
El suministro de agua puede aportar cierta presión al sistema.
Si la bomba recibe presión positiva de un suministro de agua municipal o de un tanque elevado, esta presión de succión disponible puede reducir la cantidad de presión que la propia bomba necesita generar.
Por ejemplo, supongamos que un sistema requiere 10 bar en la descarga de la bomba, mientras que la fuente de agua proporciona 2 bar de presión de succión utilizable.
La bomba no necesita necesariamente generar los 10 bar completos. La presión de succión disponible contribuye a la presión total del sistema.
Sin embargo, las condiciones de succión deben evaluarse cuidadosamente en las condiciones de flujo requeridas. La presión estática por sí sola no debe tratarse automáticamente como presión disponible durante la operación.
Considere un sistema de protección contra incendios simplificado con los siguientes requisitos:
Flujo requerido: 1.000 GPM
Diferencia de elevación: 30 metros
Pérdida por fricción en tuberías y accesorios: 20 metros
Cabeza residual requerida en el punto remoto: 25 metros
Cabezal de succión disponible: 5 metros
El cabezal de bomba requerido se puede calcular como:
Cabezal de bomba = 30 + 20 + 25 - 5
Cabezal de bomba = 70 metros
Por lo tanto, el punto de servicio preliminar de la bomba contra incendios sería aproximadamente:
1.000 GPM a 70 metros de altura
La selección real de la bomba requeriría verificar la curva de rendimiento certificada por el fabricante 's en el flujo y cabezal requeridos.
Este ejemplo está simplificado. Un proyecto real debe utilizar el cálculo hidráulico completo, incluidos todos los componentes relevantes del sistema y los requisitos de diseño aplicables.
El flujo y la cabeza están estrechamente relacionados.
A medida que aumenta el caudal a través de un sistema de tuberías, las pérdidas por fricción generalmente aumentan. Por lo tanto, es posible que una bomba contra incendios necesite proporcionar sustancialmente más potencia para entregar un caudal más alto a la misma presión del sistema.
Es por eso que la selección de bombas contra incendios siempre debe considerar ambos:
Flujo + Cabeza
en lugar de cualquiera de los parámetros de forma independiente.
Por ejemplo, seleccionar una bomba con una potencia nominal de 1000 GPM sin comprobar su presión a ese flujo puede dar como resultado un sistema inadecuado.
Una curva de bomba muestra la relación entre el flujo y la altura y permite a los ingenieros determinar si la bomba puede cumplir con el punto de trabajo requerido.
La curva de la bomba contra incendios es uno de los documentos más importantes utilizados durante la selección de la bomba.
Una curva típica de rendimiento de la bomba muestra:
Caudal en el eje horizontal
Cabeza o presión sobre el eje vertical
El punto de trabajo del proyecto debe trazarse en esta curva.
Si el punto de operación requerido cae dentro del rango de rendimiento apropiado de la bomba, la bomba puede ser adecuada para la aplicación, sujeto a todos los demás requisitos del proyecto.
Los ingenieros también deben examinar el rendimiento de la bomba 's en diferentes condiciones de flujo en lugar de verificar solo un punto.
Los puntos importantes pueden incluir condiciones nominales de flujo, agitación o cierre, y condiciones operativas de flujo más alto requeridas por la norma de protección contra incendios aplicable o la especificación del proyecto.
La presión de agitación es la presión producida por la bomba cuando hay poco o ningún flujo.
Esto es importante porque una bomba contra incendios no funciona en una sola condición.
También se debe evaluar un sistema cuando la bomba funciona en una condición de descarga cerrada o casi cerrada.
La presión de agitación excesiva puede crear problemas para los componentes del sistema que no están diseñados para la presión resultante.
Por lo tanto, al seleccionar una bomba contra incendios, los ingenieros deben revisar la curva completa de la bomba y confirmar que la presión se mantenga dentro de los límites aceptables del sistema.
Los edificios de gran altura crean desafíos adicionales porque la elevación puede convertirse en una parte importante del requisito total de cabecera.
Cada metro adicional de elevación crea una pérdida de presión adicional debido a la gravedad.
Por ejemplo, un edificio con una distancia vertical significativa entre la sala de bombas contra incendios y el piso protegido más alto puede requerir una cabeza de bomba sustancialmente mayor que un edificio de un solo piso.
Los sistemas de gran altura también pueden requerir disposiciones de reducción de presión, zonas de presión o sistemas de bombas múltiples según el diseño del edificio y los requisitos aplicables.
Por lo tanto, la bomba contra incendios debe seleccionarse después de que se hayan establecido las zonas hidráulicas y los requisitos de elevación del edificio '.s.
Para los sistemas de rociadores, el cabezal de bomba contra incendios requerido está determinado por la demanda hidráulica del sistema de rociadores.
El cálculo normalmente considera el área hidráulicamente más exigente, la fricción de la tubería, la elevación, los accesorios, las válvulas y la presión requerida en los aspersores.
La bomba contra incendios debe proporcionar suficiente flujo y presión para satisfacer esta demanda calculada.
Es importante no seleccionar la bomba contra incendios simplemente observando el número de rociadores en un edificio. Las características hidráulicas de la red de tuberías son igualmente importantes.
Los sistemas de hidrantes y tubos verticales pueden tener requisitos hidráulicos diferentes a los de los sistemas de rociadores.
La presión requerida en la salida, la elevación de la salida, la demanda de flujo, el diámetro de la tubería y la configuración del sistema afectan los requisitos del cabezal de la bomba.
En edificios donde múltiples sistemas de protección contra incendios comparten el mismo suministro de agua, la demanda hidráulica de los sistemas relevantes debe evaluarse de acuerdo con el diseño del proyecto y los requisitos de protección contra incendios aplicables.
La bomba contra incendios seleccionada debe ser capaz de satisfacer la demanda combinada requerida cuando corresponda.
Los fabricantes de bombas pueden proporcionar datos de bombas en metros o pies de cabeza, mientras que las especificaciones del proyecto pueden utilizar barras o PSI.
Para el agua, las conversiones aproximadas útiles incluyen:
Cabeza en metros × 0,098 = presión en bar
Por ejemplo:
80 m × 0,098 ≈ 7,84 bar
Pentru unități imperiali:
Cabeza en pies y dividir; 2,31 = presión en PSI
Por ejemplo:
231 pies y dividir; 2,31 ≈ 100 PSI
Estas conversiones son útiles al revisar especificaciones técnicas de diferentes fabricantes o comparar requisitos de proyectos internacionales.
Una vez calculados el flujo y la altura requeridos, el siguiente paso es seleccionar una bomba adecuada.
La bomba debe evaluarse en base a:
Flujo nominal
Cabeza calificada
Curva de bomba
Presión de cierre
Potencia del conductor
Eficiencia de la bomba
Condiciones de succión
Tipo de bomba
Certificaciones aplicables
Disposición de instalación
Entorno operativo
La bomba seleccionada debe cumplir con el punto de servicio requerido sin dejar de ser compatible con todo el sistema de protección contra incendios.
Dependiendo del proyecto, las configuraciones adecuadas pueden incluir bombas contra incendios horizontales de caja dividida, bombas contra incendios de succión final, bombas contra incendios de turbina vertical, bombas verticales en línea u otros diseños de bombas contra incendios aprobados.
El cabezal hidráulico requerido no determina por sí solo si la bomba debe utilizar un motor eléctrico o diésel.
El conductor debe seleccionarse una vez establecidos los requisitos hidráulicos.
Una bomba contra incendios eléctrica requiere un suministro eléctrico adecuado y un controlador de bomba contra incendios compatible.
Una bomba contra incendios diésel requiere un motor diésel con la clasificación adecuada junto con baterías, suministro de combustible, refrigeración, escape, ventilación y sistemas de control.
Para proyectos que requieren mayor redundancia o fuentes de energía independientes, las bombas contra incendios eléctricas y diésel se pueden utilizar juntas como parte de un sistema completo de bombas contra incendios.
Un error común es agregar un margen de presión grande y arbitrario al cabezal calculado de la bomba contra incendios.
Si bien es posible que se requieran asignaciones de diseño adecuadas, simplemente seleccionar una bomba de presión mucho más alta no es necesariamente mejor.
La presión excesiva puede afectar:
Tubería
Válvulas
Aspersores
Equipo de manguera
Clasificaciones de presión
Operación del sistema
Selección de bomba
Costul total al proiect
El enfoque correcto es seguir el estándar de diseño aplicable, la especificación del proyecto, el cálculo hidráulico y los requisitos de autoridad.
El objetivo es seleccionar una bomba que proporcione el rendimiento requerido en lugar de simplemente elegir la bomba de mayor presión disponible.
Después de seleccionar la bomba contra incendios, las pruebas de fábrica brindan una oportunidad importante para verificar su rendimiento hidráulico.
Un fabricante profesional de bombas contra incendios debe contar con equipos de prueba adecuados capaces de medir el flujo, la presión, la velocidad y otros parámetros relevantes.
Las pruebas ayudan a verificar que la bomba fabricada funcione de acuerdo con sus características especificadas antes de enviarla al sitio del proyecto.
Para los equipos certificados de bombas contra incendios, las pruebas y la documentación son particularmente importantes porque es posible que el equipo deba cumplir con requisitos específicos de certificación y proyecto.
Antes de finalizar la selección de una bomba contra incendios, confirme:
Flujo requerido de la bomba contra incendios
Diferencia de elevación
Pérdidas por fricción de tuberías
Pérdidas de montaje y válvulas
Presión residual requerida
Presión de succión disponible
Cabezal de bomba total requerido
Curva de rendimiento de la bomba
Presión de agitación
Potencia del conductor requerida
Tipo de bomba
Normas aplicables
Requisitos de certificación
Condiciones de instalación
Requisitos de prueba de fábrica
Estos factores proporcionan la base para seleccionar una bomba contra incendios adecuada.
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Calcular los requisitos del cabezal de la bomba contra incendios es una parte esencial del diseño del sistema de protección contra incendios. El cálculo debe tener en cuenta la elevación, la fricción de la tubería y el accesorio, la presión residual requerida y la presión de succión disponible al caudal requerido.
El principio básico se puede resumir en:
Cabezal de bomba requerido = Cabezal estático + Pérdida por fricción + Cabezal residual requerido - Cabezal de succión disponible
Sin embargo, la selección de bombas contra incendios en el mundo real requiere más que una fórmula simple. Se deben considerar el cálculo hidráulico completo, la curva de la bomba, los límites de presión del sistema, los estándares de protección contra incendios aplicables, el suministro de agua, las condiciones de instalación y los requisitos del conductor.
Para los fabricantes, ingenieros, contratistas y diseñadores de sistemas de bombas contra incendios, la información hidráulica precisa es la base de una selección confiable de equipos.
Al calcular correctamente el flujo y la altura requeridos antes de seleccionar la bomba, los equipos del proyecto pueden especificar equipos que ofrezcan el rendimiento hidráulico requerido y se integren eficazmente con el sistema general de protección contra incendios.
BETTER Technology Group proporciona soluciones de bombas contra incendios para una amplia gama de aplicaciones de protección contra incendios, incluidas bombas contra incendios eléctricas, bombas contra incendios diésel, bombas jockey, bombas de caja dividida, bombas de succión final y bombas contra incendios de turbina vertical. El análisis hidráulico adecuado y las pruebas de rendimiento de fábrica ayudan a garantizar que la bomba contra incendios seleccionada se ajuste a los requisitos reales del proyecto.
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