Prédios altos apresentam alguns dos desafios mais complexos no projeto de proteção contra incêndio. Ao contrário das estruturas baixas ou industriais, onde os requisitos de pressão e caudal da água são moderados, os edifícios altos requerem bombas de incêndio potentes e de tamanho preciso para garantir que a água chega aos pisos superiores com pressão adequada. O dimensionamento adequado da bomba de incêndio não é apenas crítico para a segurança, mas também um requisito fundamental para o cumprimento de normas comoNFPA 20e códigos de incêndio locais.
Este guia explica como dimensionar corretamente uma bomba de incêndio para edifícios altos, abrangendo as principais considerações de projeto, cálculos e etapas de conformidade que garantem um desempenho confiável da proteção contra incêndio.
Num edifício alto, o principal desafio ésuperando a perda de pressão verticaldevido à altura da estrutura. À medida que a água sobe pelo sistema de tubulação, as perdas por fricção e elevação reduzem significativamente a pressão. Sem uma bomba de incêndio de tamanho adequado, os andares superiores podem não receber pressão ou fluxo suficiente para operar eficazmente os sprinklers e as válvulas de mangueira durante uma emergência de incêndio.
A função de uma bomba de incêndio é aumentar a pressão do abastecimento de água do edifício (geralmente uma linha municipal, tanque ou reservatório) para atender às demandas do sistema de proteção contra incêndio. Em aplicações em arranha-céus, uma única bomba de incêndio pode nem sempre ser suficiente – os engenheiros costumam usar uma combinação debombas de reforço, zonas de pressão e válvulas redutoras de pressãopara garantir o equilíbrio do sistema.
Para dimensionar adequadamente uma bomba de incêndio para um edifício alto, vários parâmetros essenciais devem ser determinados no início do processo de projeto:
A vazão determina quanta água o sistema deve fornecer durante um incêndio. Este valor depende dotipo de sistema de proteção contra incêndio—aspersores, fontanários ou uma combinação de ambos.
Demanda do sistema de sprinklers:Determinado pela densidade de projeto (gpm/ft²) e pela área de cobertura.
Demanda de tubo vertical:Normalmente 500 gpm para o tubo vertical mais remoto mais 250 gpm para cada tubo vertical adicional, até um máximo de 1000 gpm (de acordo com a NFPA 14).
O fluxo final necessário geralmente é osoma das demandas de sprinklers e fontanários, ou o que for maior.
A pressão é influenciada pela altura do edifício, perda por atrito e requisitos do sistema. Ele garante que a água saia do aspersor mais alto e mais remoto com pressão residual adequada - normalmente100 psi (6,9 bar)para sistemas de tubo vertical.
A fórmula para estimar a pressão necessária é:
Pressão Total = Perda de Elevação + Perda de Fricção + Requisitos de Pressão do Sistema
Perda de elevação:0,433 psi por pé de altura (ou 10 m ≈ 1 bar).
Perda por fricção:Depende do tamanho do tubo, comprimento e vazão.
Requisito do sistema:Pressão residual mínima na saída mais remota (conforme NFPA 14/13).
Depois de calcular a pressão total necessária, subtraia a pressão disponível da fonte de água para determinar apressão líquida que a bomba de incêndio deve fornecer.
ONFPA 20: Norma para Instalação de Bombas Estacionárias para Proteção contra Incêndiofornece orientação detalhada sobre a seleção e instalação de bombas de incêndio. As principais considerações da NFPA 20 incluem:
Seleção do tipo de bomba:Caixa bipartida horizontal, turbina vertical, em linha vertical ou sucção final.
Fluxo e pressão avaliados:Baseado na maior demanda do sistema no ponto mais remoto.
Limitação de pressão:A pressão total de agitação (condição sem fluxo) não deve exceder 140% da pressão nominal.
Redundância:Para edifícios muito altos ou instalações críticas, são recomendadas múltiplas bombas ou zonas de pressão para garantir a confiabilidade.
Vejamos um exemplo simplificado para entender como o dimensionamento funciona na prática.
Suponha que o edifício seja40 históriasalto, aproximadamente400 pés (122 metros)alto.
400 pés × 0,433 psi/pés =173psi(perda de elevação).
Perda por fricção = 20 psi
Pressão residual necessária na saída superior = 100 psi
Pressão total necessária = 173 + 20 + 100 = 293 psi
Se o abastecimento de água da cidade fornecer 60 psi, então:
Pressão líquida = 293 – 60 = 233 psi
Demanda de tubo vertical = 1000 gpm
Demanda de sprinklers = 500 gpm
Escolha o valor maior →1000 gpm
Uma bomba de incêndio classificada para1000 gpm a 233 psi(aproximadamente 16 bar).
Neste caso, umbomba de turbina vertical ou de caixa dividida horizontal acionada a dieselseria adequado, dependendo do espaço e da fonte de água.
Diferentes tipos de bombas de incêndio são adequados para diferentes layouts de edifícios e fontes de água:
Bomba de caixa dividida horizontal:O tipo mais comum para edifícios altos; confiável e fácil de manter.
Bomba de turbina vertical:Ideal quando a fonte de água está abaixo do nível do solo, como um tanque ou reservatório.
Bomba em linha vertical:Compacto e com economia de espaço, frequentemente usado em edifícios de altura média ou salas de bombas limitadas.
Bomba de sucção final:Melhor para sistemas pequenos ou zonas auxiliares.
Ao selecionar o tipo de bomba, considere fatores comoespaço de instalação, tipo de acionamento (elétrico ou diesel) e acessibilidade para manutenção.
Para torres extremamente altas (acima de 50 andares ou 200 metros), o uso de uma única bomba não é prático devido à pressão excessiva em níveis mais baixos. Em vez disso, o sistema é dividido emzonas de pressão, cada um com sua própria bomba e válvulas redutoras de pressão.
Zona Inferior:Fornecido diretamente por uma bomba de incêndio principal.
Zona(s) Intermediária(s):Fornecido por bombas booster ou válvulas redutoras de pressão.
Zona Superior:Pode ser necessária uma bomba adicional num piso intermédio.
Essa abordagem ajuda a manter uma pressão segura e consistente em todo o sistema sem sobrecarregar nenhuma bomba ou seção de tubulação.
Embora a segurança seja a principal prioridade, a eficiência energética e o custo do ciclo de vida também são importantes no projeto de bombas de incêndio em arranha-céus. O superdimensionamento da bomba pode causar pressão excessiva de agitação, desperdício de energia e desgaste prematuro dos componentes do sistema.
Para otimizar a eficiência:
Combine o ponto de funcionamento nominal da bomba com oa demanda real de design do sistema.
Incluir umbomba jóqueipara manter a pressão durante condições de espera e evitar partidas desnecessárias da bomba de incêndio.
Usarválvulas de alívio de pressãoeunidades de velocidade variável (VFDs)onde for permitido gerenciar flutuações de pressão.
Depois que a bomba for selecionada, a instalação e os testes adequados são essenciais para garantir que o desempenho atenda às intenções do projeto:
Alinhamento e Fundação:A montagem segura com alinhamento adequado reduz a vibração e prolonga a vida útil da bomba.
Tubulação do sistema:Siga as diretrizes da NFPA 20 para comprimentos e conexões de tubulação de sucção e descarga.
Teste de desempenho:Realize testes de aceitação em condições de vazão de 100%, 150% e 0% (rotatividade) para confirmar o desempenho nominal.
Acesso de manutenção:Garanta espaço adequado para inspeção e reparo.
Inspeção, manutenção e testes regulares de acordo comNFPA 25são obrigatórios para manter a prontidão operacional.
Evitar os seguintes erros pode evitar reprojetos dispendiosos ou falhas de desempenho:
Ignorando perdas de elevaçãoem edifícios altos.
Assumindo pressão constante da água municipalsem verificação.
Negligenciando perdas por atritoem sistemas de tubulação longos ou complexos.
Selecionando bombas apenas por potênciaem vez das necessidades reais de vazão e pressão.
Falha ao fornecer redundânciapara instalações críticas ou estruturas altas.
O dimensionamento de uma bomba de incêndio para um edifício alto requer um equilíbrio cuidadoso entre desempenho hidráulico, conformidade com os padrões NFPA 20 e considerações práticas de projeto. Ao calcular com precisão os requisitos de fluxo e pressão, selecionar o tipo de bomba correto e dividir o sistema em zonas de pressão quando necessário, os projetistas podem garantir uma proteção confiável contra incêndio em toda a estrutura.
Uma bomba de incêndio bem dimensionada é o coração de um sistema de proteção contra incêndio em arranha-céus, proporcionando confiança, segurança e conformidade quando mais importa.
