El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa la posición oficial de ninguna normativa o de la ciencia de la protección contra incendios, como tal ésta no podrá ser usada para defender una posición ante la autoridad competente. El lector es libre de estar de acuerdo con todo o parte de lo que aquí se menciona. Diseño, Suministro e Instalación de Sistemas Contra Incendio Elaborado Por: Jussef Liban Abi-Roud Estudiante en California Polytechnic State University Master in Fire Protection Engineering Science GRUPO 3 S Las complejidades en la selección de una bomba contra incendios Seleccionar el rendimiento requerido de una bomba contra incendios parece ser una tarea fácil, una vez determinados los riesgos más demandantes de un sistema de agua contra incendios y luego de haber realizado los cálculos hidráulicos respectivos que determinen los parámetros más exigentes, pareciera ser que simplemente se trata de seleccionar los dos parámetros que determinan el riesgo más demandante (Caudal y Presión) e igualarlos con el rendimiento de la bomba contra incendios a recomendarse. Sin embargo seleccionar la bomba más apropiada para un sistema, en términos de costos, consumo de energía, impacto en el proyecto, presión de trabajo, etc. no es una tarea fácil. En este artículo demostraremos que existen muchas formas de optimizar el sistema de bombeo contra incendios que no se toman en cuenta al momento de diseñar y seleccionar la bomba más apropiada; posteriormente en la mayoría de ocasiones la decisión final de compra queda en manos de gente inexperta, léase “los compradores”, perdiéndose la riqueza del análisis y la ingeniería detrás de todo este proceso. Requerimientos hidráulicos de las bombas contra Incendios De acuerdo a la norma NFPA 20 (2019) numerales 6.2.1. y 6.2.2., las bombas contra incendios deberán proporcionar no menos del 150% de su caudal nominal a no menos del 65% de su presión nominal y además en condiciones de caudal cero no deberán exceder del 140% de su presión nominal. Estos requerimientos se resumen muy claramente en la figura A.6.2. para una bomba con un caudal nominal del 100% que requiere una presión nominal del 100%, siendo estos porcentajes meramente índices de un caudal y presión determinados. Los requerimientos detrás de estas exigencias son los siguientes: Que la bomba contra incendios tenga la capacidad de poder desarrollar un caudal mayor en 50% al caudal nominal de la misma. Que su capacidad para desarrollar presión no decaiga significativamente cuando su caudal se incrementa. Idealmente lo que se espera es que mientras la curva sea más horizontal, la bomba será más apropiada, ya que tendrá la capacidad de mantener una presión relativamente estable a través de un amplio rango de caudales. Que cuando la bomba se encuentre a caudal cero no incremente significativamente su presión. Que sean lo más eficientes y económicas posibles. Efectivamente cuanto más pronunciada es la curva de una bomba contra incendios, mayor es el impacto en la presión a caudal cero y la potencia del motor que ésta debe tener (lo que afecta el costo).
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El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa
la posición oficial de ninguna normativa o de la ciencia de la protección contra
incendios, como tal ésta no podrá ser usada para defender una posición ante
la autoridad competente. El lector es libre de estar de acuerdo con todo o
parte de lo que aquí se menciona.
Diseño, Suministro e Instalación de Sistemas Contra Incendio
Elaborado Por: Jussef Liban Abi-Roud
Estudiante en California Polytechnic State University
Master in Fire Protection Engineering Science
GRUPO 3S
Las complejidades en la selección de una bomba contra incendios
Seleccionar el rendimiento requerido de una bomba contra incendios parece ser una tarea fácil, una vez
determinados los riesgos más demandantes de un sistema de agua contra incendios y luego de haber
realizado los cálculos hidráulicos respectivos que determinen los parámetros más exigentes, pareciera ser
que simplemente se trata de seleccionar los dos parámetros que determinan el riesgo más demandante
(Caudal y Presión) e igualarlos con el rendimiento de la bomba contra incendios a recomendarse. Sin
embargo seleccionar la bomba más apropiada para un sistema, en términos de costos, consumo de
energía, impacto en el proyecto, presión de trabajo, etc. no es una tarea fácil. En este artículo
demostraremos que existen muchas formas de optimizar el sistema de bombeo contra incendios que no
se toman en cuenta al momento de diseñar y seleccionar la bomba más apropiada; posteriormente en la
mayoría de ocasiones la decisión final de compra queda en manos de gente inexperta, léase “los
compradores”, perdiéndose la riqueza del análisis y la ingeniería detrás de todo este proceso.
Requerimientos hidráulicos de las bombas contra Incendios
De acuerdo a la norma NFPA 20 (2019)
numerales 6.2.1. y 6.2.2., las bombas
contra incendios deberán proporcionar no
menos del 150% de su caudal nominal a no
menos del 65% de su presión nominal y
además en condiciones de caudal cero no
deberán exceder del 140% de su presión
nominal. Estos requerimientos se resumen
muy claramente en la figura A.6.2. para una
bomba con un caudal nominal del 100%
que requiere una presión nominal del
100%, siendo estos porcentajes
meramente índices de un caudal y presión
determinados.
Los requerimientos detrás de estas exigencias son los siguientes:
Que la bomba contra incendios tenga la capacidad de poder desarrollar un caudal mayor en 50%
al caudal nominal de la misma.
Que su capacidad para desarrollar presión no decaiga significativamente cuando su caudal se
incrementa. Idealmente lo que se espera es que mientras la curva sea más horizontal, la bomba
será más apropiada, ya que tendrá la capacidad de mantener una presión relativamente estable
a través de un amplio rango de caudales.
Que cuando la bomba se encuentre a caudal cero no incremente significativamente su presión.
Que sean lo más eficientes y económicas posibles. Efectivamente cuanto más pronunciada es la
curva de una bomba contra incendios, mayor es el impacto en la presión a caudal cero y la
potencia del motor que ésta debe tener (lo que afecta el costo).
El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa
la posición oficial de ninguna normativa o de la ciencia de la protección contra
incendios, como tal ésta no podrá ser usada para defender una posición ante
la autoridad competente. El lector es libre de estar de acuerdo con todo o
parte de lo que aquí se menciona.
Diseño, Suministro e Instalación de Sistemas Contra Incendio
Elaborado Por: Jussef Liban Abi-Roud
Estudiante en California Polytechnic State University
Master in Fire Protection Engineering Science
GRUPO 3S
Sin embargo también es conocido que los fabricantes de bombas contra incendio e incluso de bombas de
agua para uso común, superan ampliamente estos requerimientos. De hecho uno de los argumentos de
los fabricantes de bombas de agua para uso común es que sus bombas cumplen con la norma NFPA 20 y
ese argumento lo usan como fundamento para ofrecerlas para uso como bombas contra incendio.
En general podríamos decir que las bombas contra incendio Listadas UL cumplen en la mayoría de los
casos con requerimientos que bordean el 80% a 90 % de la presión nominal al 150% del caudal nominal y
la presión a caudal cero bordea el 110% al 120% de la presión nominal.
En los gráficos se muestran las curvas de un fabricante de bombas listadas con rendimientos nominales
de 500 gpm @ 200 psi y 500 gpm @ 120 psi, observándose como estas curvas superan ampliamente el
requerimiento de la norma NFPA 20.
Curva de una Bomba de 500 gpm @ 200 psi (Fuente SPP Pumps)
.
Curva de una Bomba de 500 gpm @ 120 psi (Fuente SPP Pumps)
El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa
la posición oficial de ninguna normativa o de la ciencia de la protección contra
incendios, como tal ésta no podrá ser usada para defender una posición ante
la autoridad competente. El lector es libre de estar de acuerdo con todo o
parte de lo que aquí se menciona.
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Basados en estos hechos concretos, al momento de trabajar los requerimientos hidráulicos de un sistema
de bombeo contra incendios, un proyectista debe tomar en cuenta que en la realidad las curvas de las
bombas contra incendio se comportan mejor de lo que exige la norma NFPA 20, por lo tanto este mejor
comportamiento debe ser incorporado en el análisis. De hecho una buena práctica que aconsejo, es
solicitar las curvas y demás información técnica de los fabricantes disponibles en el mercado donde se
diseña, y proyectar el sistema de bombeo contra incendios basados en el peor caso encontrado entre los
proveedores de bombas contra incendio disponibles en el mercado local, de manera tal que al momento
que el cliente cotice el sistema de bombeo contra incendios, se encuentre en la posibilidad de poder
escoger a cualquiera de ellos. El argumento detrás de este análisis es que no siempre la bomba con la
curva más eficiente, tiene la característica constructiva que necesitamos para nuestro proyecto, es la más
barata, tiene el mejor tiempo de entrega, cuenta con la misma calidad de servicio técnico, atención pre-
venta y post-venta, facilidades de pago, disponibilidad de repuestos y otros argumentos técnico-
comerciales que hacen que una bomba no sea simplemente escogida por la calidad de su curva. Sin
embargo y como veremos más adelante, este argumento debe sopesarse con el contrario, es decir una
práctica más sana es seleccionar desde el diseño las marcas más apropiadas para el mismo, de manera tal
que las ventajas técnicas del producto se puedan incorporar al diseño, esta situación la demostraremos
también en este artículo.
Análisis de las características de la curva de bombeo
Supongamos que no tenemos acceso a la información de los fabricantes o no contamos con el tiempo
apropiado para hacer un análisis de todas las marcas disponibles en el mercado, algo que definitivamente
desaliento pero que asumiremos únicamente para no complejizar el análisis realizado en el presente
artículo. En efecto debido a que cada fabricante tiene sus propios criterios de selección y
comportamientos hidráulicos bastante diferentes, el análisis a realizar resulta bastante complejo y difícil
de exponer en el presente artículo, sin embargo un análisis más detallado de todas las marcas disponibles
en un mercado en particular nos puede hacer tendientes a escoger una marca específica para un proyecto,
en función de las conveniencias técnicas que esa marca nos brinda. Obviando el análisis técnico comercial
bajo un escenario meramente teórico, es posible construir la característica de la curva de bombeo usando
parámetros teóricos.
Para continuar con el análisis que a continuación desarrollaremos, supongamos que el peor caso de una
bomba listada es una que al 150% de su capacidad nominal desarrolla una presión del 80% de la presión
nominal y que la presión a caudal cero es el 120% de su presión nominal.
En este caso tenemos dos opciones, introducir estos puntos en un programa de cálculo hidráulico o
hacerlo manualmente mediante el procedimiento indicado en la norma NFPA 13 (2019) numeral 27.4.4.
donde se representa la hoja de características de la curva de bombeo en escala logarítmica.
Los valores de comportamiento previstos para la curva de bombeo que en este caso los tenemos
representados por 3 puntos ya definidos, son los siguientes:
A caudal cero la bomba desarrolla 120% de su presión nominal
A caudal 100% del caudal nominal la bomba desarrolla 100% de presión nominal
A caudal 150% del caudal nominal la bomba desarrolla 80% de presión nominal
El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa
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Estos valores se deben trasladar a la hoja de gráfica hidráulica con escala logarítmica como se muestra
a continuación, una hoja con escala logarítmica nos permite ver las curvas de comportamiento
hidráulico en forma rectilínea cuando no lo son, de esta forma se facilita el traslado de información y
un análisis más didáctico de la información. Aquí también tenemos dos opciones, o usamos
simplemente la hoja de escala logarítmica o hacemos el cálculo usando las fórmulas que se
encuentran detrás de esta hoja.
Marco teórico de la hoja de escala logarítmica
Sin ánimos de ser muy académicos en el presente artículo, es necesario explicar cómo se desarrolla la hoja
de escala logarítmica de la NFPA 13, el marco teórico es muy sencillo y se puede introducir a una hoja de
Excel con un poco de esfuerzo y conocimiento de Excel.
La fórmula usada para predecir el caudal a una presión residual deseada, es la siguiente:
El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa
la posición oficial de ninguna normativa o de la ciencia de la protección contra
incendios, como tal ésta no podrá ser usada para defender una posición ante
la autoridad competente. El lector es libre de estar de acuerdo con todo o
parte de lo que aquí se menciona.
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Donde:
QR es el Caudal a Predecir a una Presión Residual Deseada (gpm)
QF es el Caudal desarrollado por la bomba (gpm)
hr = (Ps-Pa) es la Caída de Presión a la Presión Residual Deseada (psi)
Ps es la Presión Estática de la bomba a caudal cero (psi)
Pa es la Presión Residual de la bomba al Caudal Deseado (psi)
hf = (Ps-Pr) es la Caída de Presión (psi)
Pr es la Presión Residual de la bomba (psi)
De esta fórmula se puede derivar una alternativa que nos sirva para calcular la Presión Residual a un
caudal deseado, cuyo valor no lo tenemos:
Pa=Ps-(Ps-Pr)*(QR/QF)^1.85
Selección de bombas contra incendios para un riesgo individual
Para seleccionar la bomba más apropiada para un único riesgo es necesario tomar en cuenta que no se
trata simplemente de escoger el punto de operación de caudal/presión que exige el riesgo más
demandante a atender, se trata más bien de tomar las ventajas de la curva de caudal/presión de la bomba.
Pongamos el siguiente ejemplo, imaginemos que después de realizar los cálculos hidráulicos necesitamos
un caudal de 1100 gpm @ 90 psi, el punto lo hemos marcado en el Gráfico 1. Lo que la mayoría de
proyectistas hacen es especificar la siguiente bomba listada que cubre esta demanda de caudal y presión,
es decir una bomba de 1250 gpm @ 90 psi, que como hemos supuesto anteriormente desarrollaría 108
psi a caudal cero y alrededor de 70 psi a 1875 gpm, la potencia de esta bomba sería de aproximadamente
100 hp con motor eléctrico y de 110 hp con motor diésel y estaría desarrollando aproximadamente 1100
gpm @ 95 psi.
Considero que ésta sería una forma poco proactiva de seleccionar la bomba, pues estaríamos dándole
demasiado margen de seguridad al sistema, que no sólo se trata de los 150 gpm adicionales de caudal o
los 5 psi adicionales de presión que estamos considerando, sino que en condiciones usuales la máxima
demanda del sistema (1100 gpm @ 100 psi) es la peor condición posible establecida por los parámetros
de cálculo que hemos previsto, en función de todos los márgenes de seguridad que las normas NFPA ya
tienen establecidos.
El presente artículo es una interpretación personal del autor y no representa
la posición oficial de ninguna normativa o de la ciencia de la protección contra
incendios, como tal ésta no podrá ser usada para defender una posición ante
la autoridad competente. El lector es libre de estar de acuerdo con todo o
parte de lo que aquí se menciona.
Diseño, Suministro e Instalación de Sistemas Contra Incendio
Elaborado Por: Jussef Liban Abi-Roud
Estudiante en California Polytechnic State University
Master in Fire Protection Engineering Science
GRUPO 3S
Gráfico 1: Bomba de Qn=1250gpm@90psi / Q0=108psi / Qmax=1875gpm@70psi
Pero qué pasa si partimos del hecho que 1100 gpm es la máxima demanda del sistema en la peor condición
establecida por la norma NFPA que hemos usado para diseñar (de hecho así funcionan las máximas
demandas previstas por las normas NFPA), lo que en otras palabras significa que más allá de los márgenes
de seguridad establecidos por las normas NFPA, ya no sería necesario incrementar márgenes adicionales
de caudal.
Entonces partiendo del hecho que la norma NFPA 20 nos permite incrementar el caudal nominal de una
bomba hasta el 150% de su caudal nominal, lo que deberíamos hacer es calcular la máxima demanda del
sistema como el 150% del caudal nominal de la bomba. En este caso el caudal nominal se calcula
dividiendo el caudal requerido del sistema entre el 150% (1.5), y redondearlo al siguiente caudal nominal