Norma NFPA 20 para bombas contra incendios: Cómo interactúa el tanque de agua contra incendios con la bomba
Creado Hoy
Norma NFPA 20 para bombas contra incendios: cómo interactúa el tanque de agua contra incendios con la bomba
La bomba y el tanque son un único sistema hidráulico especificado por dos normas. El tanque debe presentar una succión estable en el nivel utilizable más bajo, no en el nivel lleno, y la disposición de la salida debe entregar el caudal de la prueba de aceptación sin vórtices ni arrastre de aire. Coordine la geometría de succión, el nivel mínimo, la salida y el caudal de prueba antes de liberar cualquiera de los dos paquetes.
Introducción
Una bomba contra incendios se compra e instala como un paquete, pero es alimentada por un recipiente que es responsabilidad de otro. NFPA 20 rige la instalación de la bomba: los motores, el controlador, la bomba jockey y la prueba de aceptación. NFPA 22 rige el depósito que la alimenta. Ambos se encuentran en la succión.
El desacuerdo rara vez se refiere a la bomba. Se refiere a la condición que presenta el depósito en el fondo del agotamiento y al caudal que la disposición de la salida puede entregar al nivel del que la bomba extraerá.
Este artículo expone cómo los dos estándares dividen el trabajo, qué debe presentar el tanque en la succión, qué efecto tiene la fricción de la salida sobre la reserva utilizable, qué exige la prueba de aceptación a la combinación y de qué características del tanque depende el paquete de la bomba.
Qué regula NFPA 20
NFPA 20 es la norma para la instalación de bombas estacionarias para protección contra incendios, y abarca el paquete de bomba en lugar del suministro de agua: la bomba contra incendios y su accionador, ya sea eléctrico, diésel o turbina, el controlador que la arranca, las funciones de supervisión y alarma, la bomba jockey que mantiene la presión del sistema entre demandas, y la prueba de aceptación.
El paquete también fija la condición de succión bajo la cual trabaja la bomba, porque una bomba que eleva desde un tanque remoto a través de una línea larga es una selección diferente de una que aspira de un tanque situado por debajo. La norma no diseña el tanque, pero supone que el suministro presenta una succión utilizable en el nivel más desfavorable.
Esa suposición es donde ambas especificaciones coinciden. NFPA 22 exige que el tanque y sus accesorios incluyan una disposición de descarga especificada y un nivel mínimo, y NFPA 20 exige que la bomba se instale y se pruebe frente a una condición de succión declarada.
El tanque y la bomba como un solo sistema
Tratar el tanque y la bomba como un solo sistema comienza con el recorrido del flujo y se trabaja hacia atrás. El agua se extrae a través de una abertura de descarga, a lo largo de una tubería de succión, hacia el ojo de la bomba, y se impulsa hacia el sistema. En cada punto dos cosas importan: cuánta altura disponible hay, y si el flujo es limpio. La altura disponible es la altura estática desde la superficie del agua hasta la bomba, menos la pérdida por fricción en la tubería y los accesorios. La limpieza del flujo es la ausencia de aire, vórtice y flujo rotacional en la succión.
La curva de la bomba describe lo que la bomba puede entregar contra una altura determinada; el sistema obtiene la intersección de esa curva con la resistencia de la tubería. El tanque afecta ambos lados: establece la altura en cada nivel, y su disposición de salida determina cuánta pérdida por fricción es evitable. Por lo tanto, los dos no pueden seleccionarse de forma independiente; el nivel mínimo utilizable y la disposición de salida condicionan ambos a la bomba.
Succión: elevación, sumergencia y prevención de vórtices
La elevación de succión es la altura a la que la bomba debe elevar el agua para alcanzar su ojo, y distingue una instalación con tanque de succión de una inundada. Donde la superficie del agua está por encima de la bomba, la succión está inundada y la bomba tiene altura positiva disponible. Donde la bomba está por debajo de la superficie, la succión está en elevación, y la altura que la bomba debe crear para llevar el agua hacia arriba se resta de la altura que puede entregar.
La sumergencia es la profundidad del agua por encima de la abertura de succión, y determina si la bomba aspira de forma limpia. Con muy poca sumergencia, el flujo que entra en la succión rota, formando un vórtice que arrastra aire hacia la bomba y reduce su rendimiento y su vida útil. El conjunto de placa antivórtice en la salida de descarga exigido por el Capítulo 14 de NFPA 22 es la solución estándar, y es una característica del tanque.
Para un tanque de succión, el Capítulo 14 también exige un extremo acampanado en el codo de base y una válvula de retención para que el tanque no pueda vaciarse de vuelta a través de la bomba. Ambos son entregables del tanque, coordinados con el tamaño de la succión.
La pérdida por fricción y lo que hace a la reserva utilizable
La pérdida por fricción en la línea de succión reduce la altura disponible que tiene la bomba, en proporción al cuadrado del caudal. Con el caudal que la bomba aspira durante un incendio, esa pérdida es máxima y, al mismo tiempo, la altura estática del tanque es mínima, porque el nivel está en la parte inferior de la banda utilizable. Esos efectos coinciden en el mismo punto del evento, por lo que la disposición de succión se evalúa con el caudal de diseño y el nivel mínimo de forma conjunta.
La consecuencia para el tanque es una reducción del volumen útil. El volumen útil se mide en la succión de la bomba hasta el corte de nivel bajo; todo lo que queda por debajo es almacenamiento muerto. Si la pérdida por fricción es lo suficientemente alta como para que la bomba no pueda mantener el caudal requerido en el nivel mínimo permitido, ese nivel debe elevarse, reduciendo el volumen útil y aumentando la capacidad bruta del casco. Es por eso que la tubería de succión se dimensiona según la capacidad del tanque conforme al Capítulo 14, y por lo que un tramo largo entre el tanque y la bomba es un problema de diseño y no un detalle de instalación.
Caudal de prueba y la corrida de aceptación
La prueba de aceptación es donde el tanque y la bomba se comprueban juntos, y es la única prueba que ejercita la combinación bajo las condiciones que importan. NFPA 20 exige que la bomba se pruebe después de la instalación a caudales superiores a su capacidad nominal, con la descarga cerrada y abierta, y que demuestre que entrega el caudal y la presión nominales y no desarrolla ninguna condición que impida su funcionamiento en servicio.
Para el tanque, la prueba tiene dos implicaciones. El tanque debe contener suficiente volumen utilizable para suministrar el caudal de prueba durante su duración, y estar en el nivel que la prueba requiere, lo que establece el corte de nivel bajo y el volumen por encima de él.
La reserva también debe restablecerse posteriormente. NFPA 22 exige que el volumen extraído se restablezca dentro del tiempo de rellenado permitido y que el tanque se mantenga en su nivel de servicio contra incendios, por lo que la disposición de llenado debe probarse con la bomba. Un plan de puesta en marcha que ejecuta la prueba de la bomba y deja el tanque por debajo no satisface ninguna de las dos normas.
Características del tanque de las que depende la bomba
El primer grupo de características del tanque del que depende la bomba es la disposición física en la descarga. El Capítulo 14 abarca las conexiones de tubería y los accesorios, y para un tanque de succión eso significa una tubería de descarga dimensionada según la capacidad del tanque, un extremo acampanado en el codo de base, una válvula de retención en la disposición y un conjunto de placa antivórtice en la salida de descarga. Los tamaños de la boquilla y de la tubería de succión deben estar coordinados: una boquilla de tamaño insuficiente limita el caudal que la bomba puede aspirar, mientras que una de tamaño excesivo favorece la formación de vórtices a velocidades más altas.
El segundo grupo es el nivel y la geometría de la superficie del agua. El nivel mínimo de operación debe proporcionar una inmersión adecuada en el punto más bajo utilizable, y el tanque debe permanecer plano y suficientemente ancho en ese punto. Un tanque estrecho en el fondo, o con un cono profundo que sitúe la salida cerca del suelo, puede no presentar una succión estable donde un tanque menos profundo del mismo volumen sí lo lograría.
El tercer grupo es el de acceso e instrumentación: la bomba debe ser mantenible, el tanque inspeccionable desde el interior, y el Capítulo 14 exige instrumentación de nivel y condición en el tanque para que el estado de reserva se reporte al panel de control y al sistema de supervisión.
Responsabilidades de interfaz y quién posee qué
El segundo nivel de la interfaz es lo que posee cada parte, y es el elemento que más a menudo queda sin reclamar. El proveedor de la bomba necesita el dato de capacidad neta del tanque, la elevación de la salida de descarga sobre la fundación, el nivel mínimo de operación, las características de fricción de la línea de succión y los puntos de ajuste del instrumento de nivel. Sin esos datos, la bomba se selecciona en función de suposiciones, y la suposición que más a menudo resulta errónea es la relativa al nivel del agua.
El proveedor del tanque es responsable del arreglo de descarga según el Capítulo 14, la declaración de capacidad neta con su dato de referencia, el detalle del arreglo de succión, incluida la placa antivórtice y el extremo de campana, el nivel mínimo de operación y la elevación de la salida por encima de la cimentación terminada. El propietario es responsable del arreglo de rellenado y la protección contra reflujo en la línea de llenado, y el ingeniero responsable es responsable de la cimentación y el anclaje según el Capítulo 12.
La responsabilidad que debe nombrarse en el contrato es la coordinación de la geometría de succión y el nivel mínimo. Si el tanque y la bomba se compran por separado, debe asignarse esa tarea a un proveedor, o la interfaz queda entre ellos y se descubre solo en la puesta en marcha, cuando la bomba no puede mantener el caudal nominal desde el nivel que el tanque realmente proporciona.
Documentos que se deben entregar con el paquete de la bomba
El paquete de entrega traslada el lado del tanque de la interfaz al paquete de la bomba. Debe contener el plano de disposición general del tanque con la salida de descarga, los instrumentos de nivel y sus puntos de consigna, la declaración de capacidad neta con su datum, el detalle del arreglo de succión, incluida la placa antivórtice y el extremo de campana, el nivel mínimo de operación y la elevación de la salida por encima de la cimentación terminada.
También debe contener los registros que demuestren que la combinación funciona: el informe de la prueba de aceptación del tanque exigido por el Capítulo 17 de la NFPA 22, el registro de la prueba de aceptación de la bomba exigido por la NFPA 20, los registros de calibración del instrumento de nivel, la prueba del arreglo de llenado que muestre el volumen restaurado dentro del tiempo permitido, y el manual de mantenimiento redactado conforme a la NFPA 25 para el régimen de inspección al que remite el Capítulo 18. Sin estos, la siguiente persona que modifique el sistema trabaja sin la información que conecta las dos mitades.
La interfaz entre el tanque y la bomba y quién es responsable de cada elemento
Elemento de la interfaz | Referencia | Requisitos de la bomba | Entregado por |
Tubería de descarga | NFPA 22 Cap.14 | Coincide con la clasificación de la bomba en la succión | Tanque (con bomba) |
Codo de base | NFPA 22 Cap.14 | Entrada de baja perturbación | Tanque |
Válvula de retención | NFPA 22 Cap.14 | Evita el drenaje inverso a través de la bomba | Tanque |
Placa antivórtice | NFPA 22 Cap.14 | Sin vórtice ni aire en el flujo | Tanque |
Nivel mínimo de operación | NFPA 22 Cap.14 | Sumergencia en el abatimiento | Tanque (la bomba confirma) |
Instrumentos de nivel | NFPA 22 Cap.14 | Señales de alarma/supervisión | Tanque (con controlador) |
Relleno | NFPA 22 Cap.4 | Reserva completa entre eventos | Propietario |
Fricción en la succión | Modelo hidráulico | Carga en el flujo/nivel mínimo | Tubería (coordinada) |
Registros de aceptación | NFPA 22 Cap.17, NFPA 20 | Prueba de rendimiento nominal | Contratista/propietario |
Características geométricas del tanque y qué cambian para la bomba
Característica del tanque | Efecto en la bomba | Verificar | Referencia |
Nivel mínimo de operación | Sumergencia, altura mínima | ¿Succión estable en flujo? | NFPA 22 Cap.14 |
Salida de descarga | Limita el flujo, establece la velocidad | ¿Pasa el flujo nominal? | NFPA 22 Cap. 14 |
Forma cerca de la salida | Superficie plana en nivel bajo | ¿Extracción estable hasta el corte? | Extracción del tanque |
Placa antivórtice | Sin rotación ni aire | ¿Dimensionado, elevación correcta? | NFPA 22 Cap.14 |
Línea de succión | La fricción reduce la altura | ¿Pérdida de altura al caudal/min? | Modelo hidráulico |
Instrumentos de nivel | Señales del controlador | ¿Consignas coordinadas? | NFPA 22 Cap.14 |
Capacidad de llenado | Velocidad de restauración | ¿Restaura en el tiempo permitido? | NFPA 22 Cap.4 |
Protección contra reflujo | Aísla la reserva | ¿Brecha de aire detallada? | Suministro del sitio |
Acerca de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd.) diseña y fabrica tanques de almacenamiento de acero atornillado, tanques de acero soldado, tanques de epoxy curado por fusión, tanques galvanizados, recipientes de acero inoxidable, recipientes a presión, techos de cúpula geodésica de aluminio y techos flotantes. La empresa cuenta con más de 30 años de experiencia en producción y ha suministrado equipos a proyectos en más de 100 países. Los techos de cúpula geodésica de aluminio se diseñan y fabrican conforme a API 650 Apéndice G, AWWA D108, el Manual de Diseño en Aluminio, ASCE 7 e IBC, y la empresa desarrolló y exportó un techo de cúpula de aluminio de 72 m de diámetro en 2023. La ingeniería, la fabricación, el recubrimiento, el control de calidad y el servicio en sitio se gestionan como un solo alcance, razón por la cual los planos, la base de cálculo y el hardware entregado pueden conciliarse entre sí.
Preguntas frecuentes
¿Cómo aspira una bomba contra incendios de un tanque de almacenamiento?
A través de una abertura de descarga en el tanque conectada a la succión de la bomba mediante una tubería. El Capítulo 14 de NFPA 22 rige esa conexión: la tubería de descarga se dimensiona según la capacidad del tanque, un tanque de succión lleva un extremo acampanado en el codo de base, la disposición incluye una válvula de retención y la salida de descarga lleva un conjunto de placa antivórtice. NFPA 20 rige la bomba que aspira a través de ella.
¿El tamaño de la salida del tanque afecta a la bomba?
Sí, en ambas direcciones. Una salida demasiado pequeña limita el caudal que la bomba puede aspirar y obliga a la bomba a trabajar fuera de su rango nominal. Una salida demasiado grande aumenta la velocidad en la abertura y favorece la formación de vórtices y la entrada de aire en la succión. El tamaño de la boquilla y el tamaño de la tubería de succión deben coordinarse con la selección de la bomba, no definirse por separado.
¿Cuál es el efecto de la fricción en la succión sobre el volumen utilizable?
Reduce la altura disponible en la bomba en proporción al cuadrado del caudal, y es peor en el caudal de diseño con el tanque en su nivel más bajo. Si la pérdida es lo suficientemente alta como para que la bomba no pueda mantener el caudal requerido en el nivel mínimo permitido, ese nivel debe elevarse, lo que reduce el volumen utilizable y aumenta la capacidad bruta del casco que el tanque debe proporcionar.
¿Qué caudal de prueba se requiere y cómo se mide?
NFPA 20 exige que la bomba contra incendios instalada se someta a una prueba de aceptación tras la instalación con caudales superiores a su capacidad nominal, con la descarga cerrada y abierta, demostrando que entrega el caudal y la presión nominales y que no desarrolla ninguna condición que impida su funcionamiento en servicio. El caudal se mide en la descarga de la bomba, con el depósito suministrando la extracción de prueba y el nivel del depósito monitoreado en todo momento.
¿Por qué importa la sumergencia en la salida del depósito?
Una inmersión insuficiente permite que el flujo en la abertura gire y forme un vórtice, que arrastra aire hacia la bomba. El resultado es una bomba que rinde por debajo de su curva y sufre daños con el tiempo. Por esa razón, el Capítulo 14 de NFPA 22 exige el conjunto de placa antivórtice en la salida de descarga, y un extremo acampanado en el codo base de un tanque de succión añade protección adicional.
¿De qué características del tanque depende la bomba contra incendios?
Cuatro grupos. La disposición física de descarga según el Capítulo 14: la tubería de descarga dimensionada, el extremo acampanado, la válvula de retención y el conjunto de placa antivórtice. La geometría de la superficie del agua, de modo que el nivel mínimo de operación proporcione una inmersión adecuada. El acceso y la instrumentación, incluidos los instrumentos de nivel y de condición que exige el Capítulo 14. Y las características operativas: la disposición de rellenado, la protección contra reflujo en la línea de llenado y las señales de nivel que lee el controlador.
¿Qué necesita el paquete de bomba contra incendios del proveedor del tanque?
El plano de disposición general del tanque con la salida de descarga, los instrumentos de nivel y sus puntos de consigna, la declaración de capacidad neta con su datum, el detalle del arreglo de succión, el nivel mínimo de operación, la elevación de la salida sobre la cimentación terminada y las características de fricción de la línea de succión. Sin esos datos, la bomba se selecciona en función de suposiciones, y la suposición que con más frecuencia resulta errónea es la relativa al nivel del agua.
Una bomba contra incendios y un tanque de agua contra incendios están especificados por dos normas, pero son un solo sistema hidráulico, y la unión es la succión. El tanque debe presentar una succión estable en el nivel utilizable más bajo, la salida debe entregar el caudal para el que está nominalizada la bomba sin formar vórtices, y ambos deben demostrarse juntos en la prueba de aceptación y posteriormente en la periódica.
Envíenos el tipo y la potencia nominal de la bomba, el caudal y la presión requeridos, las elevaciones relativas del tanque y la bomba y las restricciones del sitio, y le devolveremos la geometría del tanque, la disposición de descarga, el nivel mínimo y el conjunto de instrumentación que permiten poner en servicio ambos paquetes como un solo sistema.
Hable con nuestro equipo de ingeniería
Envíe la función, la base de volumen, el código aplicable y las restricciones del sitio, y nuestro equipo de ingeniería responderá con una especificación que un proveedor pueda cotizar y un revisor pueda aprobar. También le diremos con claridad cuándo un tipo de tanque diferente o un alcance diferente es la mejor respuesta.
WhatsApp