Los edificios de gran altura presentan algunos de los desafíos más complejos en el diseño de protección contra incendios. A diferencia de las estructuras industriales o de poca altura, donde la presión y el flujo del agua son moderados, los edificios de gran altura requieren bombas contra incendios potentes y de tamaño preciso para garantizar que el agua llegue a los pisos superiores con la presión adecuada. El tamaño adecuado de la bomba contra incendios no sólo es fundamental para la seguridad, sino también un requisito fundamental para el cumplimiento de normas comoNFPA 20y códigos de incendio locales.
Esta guía explica cómo dimensionar correctamente una bomba contra incendios para edificios de gran altura, y cubre las consideraciones clave de diseño, los cálculos y los pasos de cumplimiento que garantizan un rendimiento confiable de la protección contra incendios.
En un edificio de gran altura, el principal desafío essuperar la pérdida de presión verticaldebido a la altura de la estructura. A medida que el agua asciende a través del sistema de tuberías, las pérdidas por fricción y elevación reducen significativamente la presión. Sin una bomba contra incendios del tamaño adecuado, es posible que los pisos superiores no reciban suficiente presión o flujo para operar de manera efectiva los rociadores y las válvulas de manguera durante una emergencia por incendio.
El trabajo de una bomba contra incendios es aumentar la presión del suministro de agua del edificio (a menudo una línea, tanque o depósito municipal) para satisfacer las demandas del sistema de protección contra incendios. En aplicaciones de gran altura, es posible que una sola bomba contra incendios no siempre sea suficiente; los ingenieros suelen utilizar una combinación debombas de refuerzo, zonas de presión y válvulas reductoras de presiónpara asegurar el equilibrio del sistema.
Para dimensionar adecuadamente una bomba contra incendios para un edificio de gran altura, se deben determinar varios parámetros esenciales al principio del proceso de diseño:
El caudal determina cuánta agua debe entregar el sistema durante un incendio. Este valor depende de latipo de sistema de protección contra incendios—aspersores, tomas de agua o una combinación de ambos.
Demanda del sistema de rociadores:Determinado por la densidad de diseño (gpm/ft²) y el área de cobertura.
Demanda de tubería vertical:Normalmente, 500 gpm para el tubo vertical más remoto más 250 gpm por cada tubo vertical adicional, hasta un máximo de 1000 gpm (según NFPA 14).
El flujo final requerido suele ser elsuma de las demandas de rociadores y tuberías verticales, o el que sea mayor.
La presión está influenciada por la altura del edificio, la pérdida por fricción y los requisitos del sistema. Garantiza que el agua salga del cabezal de rociador más alto y remoto con una presión residual adecuada, comúnmente100 psi (6,9 bares)para sistemas de tubo vertical.
La fórmula para estimar la presión requerida es:
Presión total = Pérdida por elevación + Pérdida por fricción + Requisitos de presión del sistema
Pérdida de elevación:0,433 psi por pie de altura (o 10 m ≈ 1 bar).
Pérdida por fricción:Depende del tamaño, la longitud y el caudal de la tubería.
Requisito del sistema:Presión residual mínima en la salida más remota (según NFPA 14/13).
Después de calcular la presión total requerida, reste la presión disponible de la fuente de agua para determinar lapresión neta que debe suministrar la bomba contra incendios.
ElNFPA 20: Norma para la instalación de bombas estacionarias para protección contra incendiosproporciona orientación detallada sobre la selección e instalación de bombas contra incendios. Las consideraciones clave de NFPA 20 incluyen:
Selección del tipo de bomba:Caja dividida horizontal, turbina vertical, línea vertical o succión final.
Flujo y presión nominales:Basado en la mayor demanda del sistema en el punto más remoto.
Limitación de presión:La presión total de agitación (condición sin flujo) no debe exceder el 140% de la presión nominal.
Redundancia:Para edificios muy altos o instalaciones críticas, se recomiendan múltiples bombas o zonas de presión para garantizar la confiabilidad.
Veamos un ejemplo simplificado para comprender cómo funciona el dimensionamiento en la práctica.
Supongamos que el edificio es40 historiasalto, aproximadamente400 pies (122 metros)alto.
400 pies × 0,433 psi/pie =173 psi(pérdida de elevación).
Pérdida por fricción = 20 psi
Presión residual requerida en la salida superior = 100 psi
Presión total requerida = 173 + 20 + 100 = 293 psi
Si el suministro de agua de la ciudad proporciona 60 psi, entonces:
Presión neta = 293 – 60 = 233 psi
Demanda de tubo vertical = 1000 gpm
Demanda de aspersores = 500 gpm
Elige el valor mayor →1000 galones por minuto
Una bomba contra incendios clasificada para1000 gpm a 233 psi(aproximadamente 16 bar).
En este caso, unBomba de turbina vertical o de carcasa dividida horizontal accionada por diéselSería adecuado, dependiendo del espacio y la fuente de agua.
Los diferentes tipos de bombas contra incendios se adaptan a diferentes diseños de edificios y fuentes de agua:
Bomba horizontal de caja dividida:El tipo más común para edificios de gran altura; confiable y fácil de mantener.
Bomba de turbina vertical:Ideal cuando la fuente de agua está por debajo del nivel del suelo, como un tanque o depósito.
Bomba vertical en línea:Compacto y que ahorra espacio, se utiliza a menudo en edificios de media altura o salas de bombas limitadas.
Bomba de succión final:Lo mejor para sistemas pequeños o zonas auxiliares.
Al seleccionar el tipo de bomba, considere factores comoespacio de instalación, tipo de accionamiento (eléctrico o diésel) y accesibilidad para mantenimiento.
Para torres extremadamente altas (más de 50 pisos o 200 metros), usar una sola bomba no es práctico debido a la presión excesiva en niveles más bajos. En cambio, el sistema se divide enzonas de presión, cada uno con su propia bomba y válvulas reductoras de presión.
Zona Baja:Suministrado directamente por una bomba contra incendios principal.
Zona(s) Intermedia(s):Se alimenta mediante bombas de refuerzo o válvulas reductoras de presión.
Zona Alta:Puede requerir una bomba adicional en un piso intermedio.
Este enfoque ayuda a mantener una presión segura y constante en todo el sistema sin sobrecargar ninguna bomba o sección de tubería.
Si bien la seguridad es la máxima prioridad, la eficiencia energética y el costo del ciclo de vida también son importantes en el diseño de bombas contra incendios de gran altura. Sobredimensionar la bomba puede provocar una presión de agitación excesiva, desperdicio de energía y desgaste prematuro de los componentes del sistema.
Para optimizar la eficiencia:
Haga coincidir el punto de servicio nominal de la bomba con ella demanda de diseño real del sistema.
Incluir unbomba jockeypara mantener la presión durante las condiciones de espera y evitar arranques innecesarios de la bomba contra incendios.
Usarválvulas de alivio de presiónyvariadores de velocidad (VFD)donde esté permitido gestionar las fluctuaciones de presión.
Una vez seleccionada la bomba, la instalación y las pruebas adecuadas son esenciales para garantizar que el rendimiento cumpla con la intención del diseño:
Alineamiento y Cimentación:El montaje seguro con una alineación adecuada reduce la vibración y prolonga la vida útil de la bomba.
Tuberías del sistema:Siga las pautas de NFPA 20 para longitudes y accesorios de tuberías de succión y descarga.
Pruebas de rendimiento:Realice pruebas de aceptación en condiciones de flujo del 100 %, 150 % y 0 % (abatencia) para confirmar el rendimiento nominal.
Acceso de mantenimiento:Asegúrese de que haya espacio adecuado para la inspección y reparación.
Inspecciones, mantenimiento y pruebas periódicas de acuerdo conNFPA 25son obligatorios para mantener la preparación operativa.
Evitar los siguientes errores puede evitar costosos rediseños o fallas de rendimiento:
Ignorando las pérdidas de elevaciónen edificios altos.
Suponiendo una presión de agua municipal constantesin verificación.
Pasando por alto las pérdidas por fricciónen sistemas de tuberías largos o complejos.
Seleccionar bombas únicamente por caballos de fuerzaen lugar de las necesidades reales de flujo y presión.
No proporcionar redundanciapara instalaciones críticas o estructuras altas.
El tamaño de una bomba contra incendios para un edificio de gran altura requiere un cuidadoso equilibrio entre el rendimiento hidráulico, el cumplimiento de las normas NFPA 20 y consideraciones prácticas de diseño. Al calcular con precisión los requisitos de flujo y presión, seleccionar el tipo de bomba correcto y dividir el sistema en zonas de presión cuando sea necesario, los diseñadores pueden garantizar una protección contra incendios confiable en toda la estructura.
Una bomba contra incendios de buen tamaño es el corazón de un sistema de protección contra incendios de gran altura: brinda confianza, seguridad y cumplimiento cuando más importa.
