Norma NFPA 20 para Bombas de Incêndio: Como o Tanque de Água de Incêndio se Interliga com a Bomba
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Norma NFPA 20 para Bombas de Incêndio: Como o Tanque de Água de Incêndio se Interliga com a Bomba
A bomba e o tanque são um único sistema hidráulico especificado por duas normas. O tanque deve apresentar uma sucção estável no nível utilizável mais baixo, não no nível cheio, e a disposição da saída tem de proporcionar a vazão do ensaio de aceitação sem vórtices nem arrastamento de ar. Coordene a geometria da sucção, o nível mínimo, a saída e a vazão de ensaio antes de qualquer dos pacotes ser liberado.
Introdução
Uma bomba de incêndio é comprada e instalada como um pacote, mas é alimentada por um vaso que está no escopo de outra pessoa. A NFPA 20 rege a instalação da bomba: os acionadores, o controlador, a bomba jockey e o teste de aceitação. A NFPA 22 rege o tanque que a alimenta. As duas se encontram na sucção.
A discordância raramente é sobre a bomba. É sobre a condição que o tanque apresenta no fundo do rebaixamento e sobre a vazão que o arranjo da saída pode fornecer no nível do qual a bomba irá aspirar.
Este artigo estabelece como as duas normas dividem o trabalho, o que o tanque deve apresentar na sucção, o que o atrito na saída faz com a reserva utilizável, o que o teste de aceitação exige da combinação e de quais características do tanque o conjunto da bomba depende.
O que a NFPA 20 regulamenta
A NFPA 20 é a norma para a instalação de bombas estacionárias para proteção contra incêndio, e abrange o conjunto da bomba em vez do abastecimento de água: a bomba de incêndio e seu acionador, seja elétrico, a diesel ou turbina, o controlador que a aciona, as funções de supervisão e alarme, a bomba jockey que mantém a pressão do sistema entre demandas, e o teste de aceitação.
O pacote também fixa a condição de sucção sob a qual a bomba opera, porque uma bomba que eleva a partir de um tanque remoto através de uma linha longa é uma seleção diferente de uma que aspira de um tanque abaixo dela. A norma não projeta o tanque, mas assume que o suprimento apresenta uma sucção utilizável no nível mais desfavorável.
Essa suposição é onde as duas especificações se encontram. A NFPA 22 exige que o tanque e seus acessórios incluam um arranjo de descarga especificado e um nível mínimo, e a NFPA 20 exige que a bomba seja instalada e testada contra uma condição de sucção declarada.
O tanque e a bomba como um único sistema
Tratar o tanque e a bomba como um único sistema começa pelo caminho do fluxo e trabalha de trás para frente. A água é puxada através de uma abertura de descarga, ao longo de um tubo de sucção, para o olho da bomba, e é empurrada para o sistema. Em cada ponto, duas coisas importam: quanta altura manométrica está disponível e se o fluxo está limpo. A altura manométrica disponível é a altura estática da superfície da água até a bomba, menos a perda por atrito no tubo e nas conexões. A limpeza do fluxo é a ausência de ar, vórtice e fluxo rotacional na sucção.
A curva da bomba descreve o que a bomba pode fornecer contra uma determinada altura manométrica; o sistema obtém a interseção dessa curva com a resistência da tubulação. O tanque afeta ambos os lados: ele define a altura manométrica em cada nível, e seu arranjo de saída define quanta perda por atrito é evitável. Portanto, os dois não podem ser selecionados de forma independente; o nível mínimo utilizável e o arranjo de saída condicionam ambos a bomba.
Sucção: elevação, submergência e prevenção de vórtices
A altura de sucção é a altura que a bomba precisa elevar a água para atingir o seu olho, e isso separa uma instalação com tanque de sucção de uma instalação afogada. Onde a superfície da água fica acima da bomba, a sucção é afogada e a bomba tem altura manométrica positiva disponível. Onde a bomba fica abaixo da superfície, a sucção está em elevação, e a altura manométrica que a bomba precisa criar para trazer a água para cima é subtraída da altura manométrica que ela pode fornecer.
A submergência é a profundidade da água acima da abertura de sucção, e determina se a bomba aspira de forma limpa. Submergência insuficiente faz com que o fluxo que entra na sucção gire, formando um vórtice que arrasta ar para a bomba e reduz o seu desempenho e a sua vida útil. O conjunto de placa antivórtice na saída de descarga exigido pelo Capítulo 14 da NFPA 22 é a solução padrão, e é uma característica do tanque.
Para um tanque de sucção, o Capítulo 14 também exige um extremo em campânula no cotovelo de base e uma válvula de retenção para que o tanque não possa drenar de volta através da bomba. Ambos são entregáveis do tanque, coordenados com o tamanho da sucção.
Perda por atrito e o que ela faz com a reserva utilizável
A perda de carga por atrito na linha de sucção reduz a altura manométrica disponível da bomba, em proporção ao quadrado da vazão. Na vazão que a bomba aspira durante um incêndio, essa perda é máxima e, no mesmo momento, a altura estática do tanque é mínima, porque o nível está no fundo da faixa utilizável. Esses efeitos ocorrem no mesmo ponto do evento, razão pela qual o arranjo de sucção é avaliado na vazão de projeto e no nível mínimo em conjunto.
A consequência para o tanque é uma redução no volume útil. O volume útil é medido na sucção da bomba até o corte de nível baixo; tudo abaixo é volume morto. Se a perda por atrito for suficientemente alta para que a bomba não consiga manter a vazão necessária no nível mínimo permitido, esse nível precisa ser elevado, reduzindo o volume útil e aumentando a capacidade bruta do casco. É por isso que a tubulação de sucção é dimensionada pela capacidade do tanque conforme o Capítulo 14, e por que um trecho longo entre o tanque e a bomba é uma questão de projeto e não um detalhe de instalação.
Vazão de teste e o ensaio de aceitação
O teste de aceitação é onde o tanque e a bomba são comprovados em conjunto, e é o único teste que exercita a combinação sob as condições que importam. A NFPA 20 exige que a bomba seja testada após a instalação em vazões acima de sua capacidade nominal, com a descarga fechada e aberta, e que demonstre que fornece a vazão e a pressão nominais e não desenvolve nenhuma condição que impeça seu funcionamento em serviço.
Para o tanque, o teste tem duas implicações. O tanque deve conter volume utilizável suficiente para fornecer a vazão de teste durante sua duração, e estar no nível exigido pelo teste, o que define o corte de nível baixo e o volume acima dele.
A reserva também tem de ser restaurada posteriormente. A NFPA 22 exige que o volume consumido seja reposto dentro do tempo de reabastecimento permitido e que o tanque seja mantido no seu nível de serviço de incêndio, pelo que o sistema de enchimento tem de ser comprovado com a bomba. Um plano de comissionamento que executa o teste da bomba e deixa o tanque abaixo do nível não satisfaz nenhuma das normas.
Características do tanque das quais a bomba depende
O primeiro grupo de características do tanque do qual a bomba depende é a disposição física na descarga. O Capítulo 14 aborda as conexões de tubulação e acessórios, e para um tanque de sucção isso significa um tubo de descarga dimensionado pela capacidade do tanque, uma extremidade em sino no cotovelo de base, uma válvula de retenção na disposição e um conjunto de placa antivórtice na saída de descarga. Os tamanhos do bocal e do tubo de sucção precisam ser coordenados: um bocal subdimensionado limita a vazão que a bomba pode aspirar, um superdimensionado favorece a formação de vórtices em velocidades mais altas.
O segundo grupo é o nível e a geometria da superfície da água. O nível mínimo de operação deve proporcionar submersão adequada no ponto mais baixo utilizável, e o tanque deve permanecer plano e suficientemente largo nesse ponto. Um tanque estreito na base, ou com um cone profundo que coloque a saída perto do fundo, pode não apresentar uma sucção estável onde um tanque mais raso do mesmo volume conseguiria.
O terceiro grupo é o acesso e a instrumentação: a bomba tem de ser reparável, o tanque inspecionável a partir do interior, e o Capítulo 14 exige instrumentação de nível e condição no tanque para que o estado de reserva seja comunicado ao painel de controlo e ao sistema de supervisão.
Responsabilidades de interface e quem é dono do quê
O segundo nível da interface é o que cada parte possui, e é o item que mais frequentemente fica sem dono. O fornecedor da bomba precisa do dado da capacidade líquida do tanque, da elevação da saída de descarga acima da fundação, do nível mínimo de operação, das características de atrito da linha de aspiração e dos setpoints do instrumento de nível. Sem esses dados, a bomba é selecionada com base em pressupostos, e o pressuposto que mais frequentemente está errado é o relativo ao nível da água.
O fornecedor do tanque é responsável pelo arranjo de descarga conforme o Capítulo 14, pela declaração de capacidade líquida com seu datum, pelo detalhe do arranjo de sucção, incluindo a placa antivórtice e o extremo sino, pelo nível operacional mínimo e pela elevação da saída acima da fundação acabada. O proprietário é responsável pelo arranjo de reabastecimento e pela proteção contra refluxo na linha de enchimento, e o engenheiro responsável é responsável pela fundação e ancoragem conforme o Capítulo 12.
A responsabilidade que deve ser nomeada no contrato é a coordenação da geometria de sucção e do nível mínimo. Se o tanque e a bomba forem comprados separadamente, um fornecedor deve receber essa tarefa, ou a interface fica entre eles e só é descoberta na comissionamento, quando a bomba não consegue manter a vazão nominal a partir do nível que o tanque realmente fornece.
Documentos a entregar com o pacote da bomba
O pacote de entrega leva o lado do tanque da interface para o pacote da bomba. Deve conter o desenho geral de arranjo do tanque com a saída de descarga, os instrumentos de nível e seus setpoints, a declaração de capacidade líquida com seu datum, o detalhe do arranjo de sucção incluindo a placa anti-vórtice e o extremo do sino, o nível operacional mínimo e a elevação da saída acima da fundação acabada.
Também deve conter os registos que provam que a combinação funciona: o relatório de ensaio de aceitação do tanque exigido pelo capítulo 17 da NFPA 22, o registo de ensaio de aceitação da bomba exigido pela NFPA 20, os registos de calibração dos instrumentos de nível, o ensaio do arranjo de enchimento que demonstra o volume reposto dentro do tempo permitido, e o manual de manutenção redigido em conformidade com a NFPA 25 para o regime de inspeção para o qual o capítulo 18 o remete. Sem estes, a próxima pessoa a modificar o sistema trabalha sem a informação que liga as duas metades.
A Interface Tanque-Bomba E Quem É Dono De Cada Elemento
Elemento de Interface | Referência | Necessidades da Bomba | Entregue Por |
Tubulação de descarga | NFPA 22 Cap.14 | Corresponde à classificação da bomba na sucção | Tanque (com bomba) |
Cotovelo de base | NFPA 22 Cap.14 | Entrada de baixa perturbação | Tanque |
Válvula de retenção | NFPA 22 Cap.14 | Impede o retorno de drenagem pela bomba | Tanque |
Placa antivórtice | NFPA 22 Cap.14 | Sem vórtice ou ar no fluxo | Tanque |
Nível operacional mínimo | NFPA 22 Cap.14 | Submersão no rebaixamento | Tanque (bomba confirma) |
Instrumentos de nível | NFPA 22 Cap.14 | Sinais de alarme/supervisão | Tanque (com controlador) |
Reabastecimento | NFPA 22 Cap.4 | Reserva cheia entre eventos | Proprietário |
Atrito na sucção | Modelo hidráulico | Altura manométrica no fluxo/nível mínimo | Tubulação (coordenada) |
Registros de aceitação | NFPA 22 Cap.17, NFPA 20 | Comprovação de desempenho nominal | Empreiteiro/proprietário |
Características geométricas do tanque e o que elas mudam para a bomba
Característica do tanque | Efeito na bomba | Verificar | Referência |
Nível operacional mínimo | Submersão, altura manométrica mais baixa | Sucção estável na vazão? | NFPA 22 Cap.14 |
Saída de descarga | Limita a vazão, define a velocidade | Passa a vazão nominal? | NFPA 22 Cap.14 |
Forma próxima à saída | Superfície plana em nível baixo | Rebaixamento estável até o corte? | Desenho do tanque |
Placa antivórtice | Sem rotação nem ar | Dimensionado, elevação correta? | NFPA 22 Cap.14 |
Linha de aspiração | O atrito reduz a altura manométrica | Perda de altura manométrica ao caudal/min? | Modelo hidráulico |
Instrumentos de nível | Sinais do controlador | Setpoints coordenados? | NFPA 22 Cap.14 |
Capacidade de enchimento | Velocidade de restauração | Restaura no tempo permitido? | NFPA 22 Cap.4 |
Proteção contra refluxo | Isola a reserva | Intervalo de ar detalhado? | Abastecimento do local |
Sobre Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd.) projeta e fabrica tanques de armazenamento de aço aparafusado, tanques de aço soldado, tanques de epóxi fundido por fusão, tanques galvanizados, vasos de aço inoxidável, vasos de pressão, telhados de cúpula geodésica de alumínio e telhados flutuantes. A empresa possui mais de 30 anos de experiência em produção e forneceu equipamentos para projetos em mais de 100 países. Os telhados de cúpula geodésica de alumínio são projetados e fabricados de acordo com a API 650 Apêndice G, AWWA D108, o Manual de Design de Alumínio, ASCE 7 e IBC, e a empresa desenvolveu e exportou um telhado de cúpula de alumínio com 72 m de diâmetro em 2023. Engenharia, fabricação, revestimento, controle de qualidade e serviço em campo são tratados como um único escopo, e é por isso que os desenhos, a base de cálculo e o hardware entregue podem ser reconciliados entre si.
Perguntas Frequentes
Como uma bomba de incêndio capta água de um tanque de armazenamento?
Através de uma abertura de descarga no tanque conectada à sucção da bomba por um tubo. O Capítulo 14 da NFPA 22 rege essa conexão: o tubo de descarga é dimensionado pela capacidade do tanque, um tanque de sucção recebe uma extremidade em sino no cotovelo de base, o arranjo inclui uma válvula de retenção e a saída de descarga recebe um conjunto de placa antivórtice. A NFPA 20 rege a bomba que capta através dela.
O tamanho da saída do tanque afeta a bomba?
Sim, em ambas as direções. Uma saída demasiado pequena limita o caudal que a bomba pode aspirar e força a bomba a trabalhar fora do seu intervalo nominal. Uma saída demasiado grande aumenta a velocidade na abertura e favorece a formação de vórtices e a entrada de ar na aspiração. O tamanho do bocal e o tamanho do tubo de aspiração têm de ser coordenados com a seleção da bomba, e não definidos separadamente.
Qual é o efeito do atrito na sucção sobre o volume utilizável?
Reduz a altura disponível na bomba em proporção ao quadrado da vazão, e é pior na vazão de projeto com o tanque no seu nível mais baixo. Se a perda for suficientemente alta para que a bomba não consiga manter a vazão necessária no nível mínimo permitido, esse nível tem de ser elevado, o que reduz o volume útil e aumenta a capacidade bruta do casco que o tanque tem de proporcionar.
Que vazão de ensaio é necessária e como é medida?
A NFPA 20 exige que a bomba de incêndio instalada seja submetida a teste de aceitação após a instalação, em vazões acima de sua capacidade nominal, com a descarga fechada e aberta, comprovando que ela fornece a vazão e a pressão nominais e não desenvolve nenhuma condição que impeça seu desempenho em serviço. A vazão é medida na descarga da bomba, com o tanque fornecendo a água para o teste e o nível do tanque monitorado durante todo o processo.
Por que a submergência na saída do tanque é importante?
A submersão insuficiente permite que o fluxo na abertura gire e forme um vórtice, que arrasta ar para a bomba. O resultado é uma bomba que apresenta desempenho abaixo da sua curva e sofre danos ao longo do tempo. O Capítulo 14 da NFPA 22 exige o conjunto de placa antivórtice na saída de descarga por esse motivo, e um extremo em sino no cotovelo de base de um tanque de sucção adiciona proteção adicional.
De quais características do tanque a bomba de incêndio depende?
Quatro grupos. O arranjo físico de descarga conforme o Capítulo 14: o tubo de descarga dimensionado, a extremidade em sino, a válvula de retenção e o conjunto da placa antivórtice. A geometria da superfície da água, para que o nível operacional mínimo proporcione submersão adequada. Acesso e instrumentação, incluindo os instrumentos de nível e de condição exigidos pelo Capítulo 14. E as características operacionais: o arranjo de reabastecimento, a proteção contra refluxo na linha de enchimento e os sinais de nível lidos pelo controlador.
O que o conjunto da bomba de incêndio precisa do fornecedor do tanque?
O desenho de arranjo geral do tanque com a saída de descarga, os instrumentos de nível e seus setpoints, a declaração de capacidade líquida com seu datum, o detalhe do arranjo de sucção, o nível operacional mínimo, a elevação da saída acima da fundação acabada e as características de atrito da linha de sucção. Sem esses dados, a bomba é selecionada com base em suposições, e a suposição que mais frequentemente está errada é a relativa ao nível da água.
Uma bomba de incêndio e um tanque de água de incêndio são especificados por duas normas, mas constituem um único sistema hidráulico, e a ligação é a sucção. O tanque deve apresentar uma sucção estável no nível utilizável mais baixo, a saída deve fornecer a vazão para a qual a bomba está dimensionada sem formação de vórtices, e ambos devem ser comprovados em conjunto no teste de aceitação e, posteriormente, no teste recorrente.
Envie-nos o tipo e a classificação da bomba, a vazão e a pressão exigidas, as elevações relativas do tanque e da bomba e as restrições do local, e retornaremos a geometria do tanque, o arranjo de descarga, o nível mínimo e o conjunto de instrumentação que permitem que os dois pacotes sejam comissionados como um único sistema.
Fale com Nossa Equipe de Engenharia
Envie a vazão, a base de volume, o código aplicável e as restrições do local, e nossa equipe de engenharia retornará com uma especificação que um fornecedor possa precificar e um revisor possa aprovar. Também lhe diremos claramente quando um tipo diferente de tanque ou um escopo diferente for a melhor resposta.
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