Tanques de almacenamiento de agua para sistemas de protección contra incendios: tipos, funciones e integración del sistema
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Tanques de almacenamiento de agua para sistemas de protección contra incendios: tipos, funciones e integración del sistema
El tanque es el elemento de almacenamiento en una cadena que también contiene la bomba, la red principal, la columna ascendente y la válvula de control, y su tamaño se determina por lo que el resto de la cadena puede realmente extraer. Dimensione la reserva en función de la demanda en la succión de la bomba, tenga en cuenta la fricción entre el tanque y la bomba, y trate el tanque y el conjunto de la bomba como un único sistema hidráulico que debe coordinarse y probarse.
Introducción
Se especifica, compra e instala un tanque de agua contra incendios como si fuera un recipiente autónomo. No lo es. Es un elemento de una cadena hidráulica, y toda decisión sobre el tanque tomada sin tener en cuenta el resto de la cadena debe revisarse en la puesta en marcha, cuando el tanque está lleno y la tubería está conectada y alguien descubre que la bomba no puede extraer lo que prometía el cálculo.
La cadena es sencilla de describir. Una fuente de agua, un tanque que la almacena, una bomba que la mueve, una tubería principal y una montante que la distribuyen, una válvula de control que mantiene el sistema listo y elementos terminales que la descargan. El tanque está en el centro de todo eso, y es el único elemento que almacena algo.
Este artículo recorre esa cadena con el tanque como sujeto: para qué sirve el tanque, en qué se diferencia de la bomba, cómo las configuraciones de tubería húmeda, tubería seca y diluvio lo aprovechan de manera diferente, cómo la válvula de control se sitúa entre ambos, cómo la fricción de succión cambia el volumen utilizable y cómo se prueba el sistema con el tanque instalado. Las referencias son NFPA 22, NFPA 13 y NFPA 20.
Los elementos de un suministro de agua para protección contra incendios
Todo suministro de agua para protección contra incendios tiene el mismo esqueleto. El agua proviene de una fuente, que puede ser la red principal pública, un pozo privado o un sistema de agua de reposición. Se almacena, generalmente en un tanque, y ese volumen almacenado es lo que desacopla el suministro de la demanda. Una bomba añade la presión. Una tubería principal y una columna ascendente la transportan. Una válvula de control mantiene el sistema cargado y listo. Los elementos terminales la liberan.
Dos propiedades hacen del tanque el elemento crítico. Es el único lugar donde el agua existe en cantidad, y el único elemento cuya condición no es visible durante el evento. Una bomba se reemplaza y una columna ascendente dañada se aísla, pero un tanque que ha estado lleno durante dos años tiene que estar en buen estado el día del evento.
La NFPA 22 rige el tanque y sus accesorios: el Capítulo 14 para las conexiones y accesorios de tubería, el Capítulo 12 para las cimentaciones en el suelo, el Capítulo 17 para las pruebas de aceptación y el Capítulo 18 para la inspección y el mantenimiento.
El papel del tanque frente al de la bomba
El tanque y la bomba cumplen funciones distintas, y confundirlos es el origen de una larga lista de errores evitables. El tanque aporta volumen y, en una instalación elevada, cierta altura estática. No puede generar una presión superior a la que le proporciona la elevación, ni puede suministrar un caudal controlado. La bomba hace eso, y la NFPA 20 rige el conjunto y su controlador.
La consecuencia es que ambas especificaciones están acopladas a través de la succión. El tanque debe presentar una succión estable en el nivel de agua más bajo que permita el diseño, porque el momento en que la reserva está casi agotada es cuando la bomba resulta más importante. Cuando el tanque está elevado, realiza parte del trabajo de la bomba; a nivel del suelo, la bomba lo hace todo.
Configuraciones de tubería húmeda, tubería seca y diluvio
El tipo de sistema cambia cómo se dibuja el tanque y qué debe cubrir la reserva. En un sistema de tubería húmeda, la tubería está cargada con agua, por lo que el tanque suministra la demanda de los rociadores de forma continua y la reserva es la de los rociadores más la asignación para mangueras, cada una por su propia duración.
Un sistema de tubería seca contiene aire presurizado en su lugar, y el tanque tiene que hacer dos cosas. Tiene que suministrar el agua que llena el sistema cuando los rociadores se activan, y tiene que sostener ese llenado al caudal que exige el diseño. El llenado es una extracción real de la reserva, y un sistema seco en una red larga puede exigir un volumen sustancial en poco tiempo.
Un sistema de diluvio abre sus salidas al detectar, y todo el caudal de diseño se libera a la vez, por lo que el tanque tiene que entregar la demanda instantánea máxima durante toda la duración. Los sistemas de preacción se sitúan entre los casos seco y húmedo, con un retardo de detección y un llenado que debe completarse antes de que el agua llegue a los rociadores.
La válvula de control del rociador y el tanque
La válvula de control del rociador es donde el tanque pasa a formar parte del sistema. En un sistema de tubería húmeda, la válvula de retención de alarma mantiene la presión del sistema y se abre con el flujo, y el tanque mantiene ese sistema cargado a través de la línea de llenado. En un sistema de tubería seca, la válvula de tubería seca mantiene la presión de aire y admite agua al activarse, y el tanque debe entregar suficiente volumen y caudal para llenar el sistema sin descender por debajo del nivel de la bomba.
La interfaz que importa es la señal de nivel. El Capítulo 14 de NFPA 22 exige instrumentación de nivel y condición en el tanque, y esas señales son las que el panel de control lee para reportar una condición de bajo nivel de agua y las que el sistema de supervisión utiliza para evaluar la reserva. Deben especificarse como un conjunto coordinado con el controlador y la bomba.
También está la disposición de llenado. El tanque debe mantenerse en su nivel de servicio contra incendios con el volumen extraído restituido dentro del tiempo de rellenado permitido, lo que lo convierte en una fuente fiable en lugar de un depósito que se vacía silenciosamente por una fuga.
Succión, fricción y el volumen útil resultante
El volumen que un sistema puede extraer realmente no es el volumen que contiene el tanque, y la diferencia es la fricción. La pérdida por fricción en la tubería entre la salida del tanque y la succión de la bomba reduce la altura disponible en la bomba en proporción al cuadrado del caudal, y es peor exactamente cuando el nivel del tanque está en la parte inferior de la banda útil y la altura estática es mínima.
Por eso la disposición de la salida se especifica en el Capítulo 14 en lugar de dejarla al contratista de tuberías. La tubería de descarga se dimensiona según la capacidad del tanque, el codo base de un tanque de succión lleva un extremo acampanado, la disposición incluye una válvula de retención y la salida de descarga lleva un conjunto de placa antivórtice. Una salida restringida no solo pierde presión; introduce vórtices y arrastre de aire.
La regla práctica: el volumen utilizable se mide en la succión de la bomba, desde el nivel normal de operación hasta el corte de nivel bajo, y la tubería entre el tanque y la bomba forma parte del cálculo.
Probar el sistema con el tanque en su lugar
Probar un sistema con un tanque de almacenamiento instalado difiere de probarlo en la red pública, y la diferencia es la reserva. Una prueba de caudal tomada de la red demuestra la tubería y la bomba. Una prueba de caudal tomada del tanque también demuestra el tanque, la disposición de succión, la línea de llenado y los controles de nivel, y es la única forma de saber que la bomba funciona con la reserva que tendrá.
La secuencia de puesta en marcha debe planificarse en lugar de intentarse. El tanque debe llenarse hasta su nivel normal de operación, el sistema debe estar en su configuración de operación y la instrumentación de nivel debe verificarse antes de la prueba de caudal, no después. El Capítulo 17 establece los requisitos de la prueba de aceptación, incluida la inspección conjunta con la autoridad notificada.
La prueba de aceptación propia del tanque es independiente de la prueba de caudal, y ambas deben programarse. Un tanque atornillado o soldado se llena con agua según los requisitos del Capítulo 17 y debe retenerla. Una prueba de caudal realizada al mismo tiempo detecta fugas más rápido, por lo que, cuando el calendario lo permita, ambas deben coordinarse.
El régimen recurrente de pruebas e inspecciones
Tras la puesta en marcha, el tanque pasa a formar parte del calendario de pruebas rutinarias, y las pruebas recurrentes confirman que la reserva sigue siendo una reserva. Las pruebas de aceptación de la bomba y las pruebas periódicas de caudal descargan desde el tanque, por lo que el nivel debe restablecerse después y debe verificarse de nuevo el sistema de llenado. El Capítulo 18 remite la inspección y el mantenimiento del tanque durante su vida útil a NFPA 25, y ese es el documento con base en el cual debe redactarse el manual de mantenimiento.
El Capítulo 9 de NFPA 25 cubre los tanques de agua específicamente dentro de esa norma de inspección, prueba y mantenimiento, y es la referencia para el programa recurrente del propietario: comprobaciones rutinarias de nivel y condición, inspección externa del revestimiento, techo, ventilaciones, rebosadero y soportes, operación y prueba periódicas de válvulas, y la inspección interna en el intervalo que la norma establece para el tipo de tanque y la condición de su revestimiento.
Las comprobaciones más importantes en un tanque de reserva detectan una pérdida lenta. Un tanque lleno que no se rellena después de una prueba tiene una fuga o una válvula defectuosa. Un tanque que se rellena con más frecuencia de la esperada tiene una válvula que pasa o un instrumento de nivel que se desvía. Ambos se manifiestan en el patrón de operación mucho antes de una falla, por lo que el nivel de llenado es el número más importante del programa.
Cuando el tanque no encaja
Hay cuatro situaciones en las que un tanque de almacenamiento es la respuesta incorrecta, y vale la pena reconocerlas a tiempo. La primera es cuando el suministro público es confiable y ya satisface por sí solo el caudal, la presión y la duración requeridos. Añadir un tanque entonces añade una estructura y un régimen de mantenimiento sin añadir suministro.
La segunda es cuando el espacio no puede soportarlo. Un tanque del volumen requerido tiene una huella, una cimentación y una ruta de entrega, y en un sitio con restricciones esas limitaciones pueden descartarlo. La tercera es cuando el agua almacenada no es apta para la función y no existe un tratamiento práctico.
La cuarta es cuando una disposición diferente resuelve el problema de forma más sencilla. Un tanque de corte aísla la bomba contra incendios del suministro público y puede ser mucho más pequeño que una reserva completa. Un tanque elevado sustituye a una bomba cuando la altura es suficiente. En cada caso la pregunta es la misma: ¿el elemento de almacenamiento contiene toda la reserva, o solo lo que el resto de la cadena no puede proporcionar?
La cadena de suministro de agua para protección contra incendios y lo que aporta cada elemento
Elemento | Norma | Función | Toma del tanque |
Fuente de agua | Criterios de suministro de agua | Llena y repone el tanque | Volumen de reposición |
Tanque de almacenamiento | Conexiones NFPA 22, Cap.14 | Mantiene la reserva, desacopla el suministro | Nada (origen) |
Bomba contra incendios | NFPA 20 | Convierte volumen en caudal y presión | Volumen útil total |
Principal y montante | NFPA 13 | Lleva el agua a las salidas | Determina la fricción de la bomba |
Válvula de control | NFPA 13 | Mantiene el sistema presurizado | Volumen de llenado + señales de nivel |
Elementos terminales | NFPA 13 | Descarga al caudal de diseño | Determina el tamaño de la reserva |
Instrumentos de nivel | NFPA 22 Cap.14 | Informan el estado de la reserva | Señales de nivel/condición |
Disposición de llenado | NFPA 22 Cap.4 | Restaura el volumen al nivel de incendio | Volumen a reponer |
Cómo cada tipo de sistema utiliza la reserva del tanque
Sistema | Tubería | Cómo se utiliza el tanque | La reserva debe cubrir |
Tubería húmeda | Lleno de agua | Extracción sostenida al caudal de diseño | Rociadores + mangueras, cada duración |
Tubería seca | Aire presurizado | Llenar y luego mantener la demanda | Llenado del sistema + demanda de rociadores |
Preacción | Aire hasta la detección | Llenar y luego admitir agua | Llenado + retardo + demanda de rociadores |
Diluvio | Vacío hasta que abra | Flujo total de una vez | Duración total de la demanda máxima |
Tubería vertical/manguera | Lleno de agua | Chorro de manguera a través de montante | Duración del chorro de manguera |
Combinado | Lleno de agua | Rociadores + mangueras juntos | Demanda superpuesta |
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 epoxi unido 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
¿Cuál es la función del tanque en un sistema de protección contra incendios?
Es el elemento de almacenamiento. Contiene el volumen del que se abastece el sistema, mantiene ese volumen disponible al conservarse en su nivel de servicio contra incendios y rellenarse dentro del tiempo permitido, y entrega ese volumen a la succión de la bomba. También desacopla el suministro de la demanda, por lo que un sistema alimentado desde un tanque puede funcionar durante un evento que la red pública no podría soportar.
¿En qué se diferencia un tanque de una bomba contra incendios en el sistema?
El tanque proporciona volumen almacenado y, cuando está elevado, cierta altura estática. La bomba proporciona caudal y presión controlados, y la NFPA 20 la regula. El tanque no puede hacer el trabajo de la bomba, y la bomba no puede reemplazar al tanque, porque solo el tanque mantiene una reserva que sobrevive a la pérdida del suministro entrante. Ambos se coordinan a través de la succión, y el tanque debe presentar una condición estable en el nivel utilizable más bajo en lugar de solo cuando está lleno.
¿Necesita el tanque una válvula de control de rociadores?
No en el propio tanque. La válvula de control pertenece al sistema de rociadores: la válvula de retención de alarma en un sistema de tubería húmeda, la válvula de tubería seca o la válvula de diluvio. La participación del tanque se da a través de la línea de llenado que mantiene el sistema presurizado, la instrumentación de nivel que informa si la reserva está intacta, y la succión que entrega el volumen cuando la válvula se abre. El Capítulo 14 cubre las conexiones de tubería y accesorios que sustentan esa relación, incluida la tubería de descarga dimensionada según la capacidad del tanque y el conjunto de placa antivórtice en la salida de descarga.
¿Cómo utiliza un sistema de tubería seca el tanque?
De dos maneras, y ambas recurren a la reserva. El tanque debe llenar el sistema con agua al caudal que exige el diseño una vez que los rociadores se activan, y debe sostener ese llenado. Como la tubería está vacía hasta entonces, el llenado es una extracción real del volumen almacenado en lugar de una reposición de un sistema que ya contiene agua, por lo que la reserva debe cubrir tanto el llenado como la demanda de los rociadores.
¿Afecta la fricción de la tubería a la cantidad de tanque que se puede utilizar?
Sí. La fricción en la línea de succión 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. Por lo tanto, la tubería entre el tanque y la bomba forma parte del cálculo de dimensionamiento, y la disposición de salida del Capítulo 14, incluida la brida de extremo acampanado en el codo de base de un tanque de succión y el conjunto de placa antivórtice, existe para mantener esa pérdida predecible y evitar la entrada de aire en la succión.
¿Cómo se prueba el sistema con un tanque de almacenamiento instalado?
Con el tanque lleno hasta su nivel de operación normal, el sistema en su configuración de operación y la instrumentación de nivel probada primero, de modo que la prueba de flujo ejercite el tanque, la disposición de succión, la línea de llenado y la bomba en conjunto. La prueba de aceptación propia del tanque conforme al Capítulo 17 es un requisito separado, y donde el cronograma lo permita, ambas deben coordinarse para que una prueba de flujo detecte fugas más rápido que una prueba estática.
¿El tanque necesita su propia prueba de flujo?
Debe poder suministrar el caudal que requieren las pruebas, lo cual es una cuestión distinta de si el tanque necesita una prueba dedicada propia. Las pruebas de aceptación de la bomba y las pruebas periódicas de flujo conforme a NFPA 20 se abastecen del tanque, por lo que el tanque debe entregar ese caudal desde su volumen utilizable y el nivel debe restablecerse después. La instrumentación de nivel y condición es lo que demuestra que la reserva estaba intacta antes de la prueba y restablecida después de ella.
¿Cuándo un tanque no proporciona el suministro requerido?
Cuatro casos comunes. Cuando el suministro público ya satisface por sí solo el caudal, la presión y la duración requeridos. Cuando no hay espacio para la huella, la cimentación y la ruta de entrega. Cuando el agua almacenada no es apta para el servicio y no puede tratarse. Y cuando una disposición diferente hace el trabajo de forma más sencilla, como un tanque de rotura para aislar la bomba del suministro público, un tanque elevado donde la altura que proporciona es suficiente, o un recipiente a presión para un sistema pequeño sin bomba.
El tanque es un elemento en una cadena, y especificarlo de forma aislada es cómo los proyectos terminan con un recipiente que tiene el tamaño incorrecto para la bomba a la que alimenta y la forma incorrecta para el sitio donde se encuentra. La cadena no es complicada: fuente, tanque, bomba, principal, montante, válvula de control, salidas. Pero cada eslabón establece una restricción sobre el siguiente, y el tanque, porque almacena el volumen y porque nada sobre su condición es visible durante un evento, conlleva la restricción que más importa.
Por lo tanto, dimensione la reserva en la succión de la bomba en lugar de en la boquilla, tenga en cuenta la fricción entre el tanque y la bomba, especifique la disposición de salida y la instrumentación de nivel como parte del tanque, y planifique las pruebas con el tanque en el circuito.
Envíenos el tipo de sistema, el caudal y la duración de diseño, la disposición de succión y las restricciones del sitio, y le devolveremos la geometría del tanque, el conjunto de instrumentación de salida y de nivel, la disposición de coordinación con la bomba contra incendios y el régimen de pruebas que cierra la cadena.
Hable con nuestro equipo de ingeniería
Envíe la demanda, la base del 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.
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