Guia de Dimensionamento de Tanque de Água para Incêndio NFPA 22
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Guia de dimensionamento de tanques de água para incêndio NFPA 22
A duração não é um número da NFPA 22. Ela vem da norma de projeto do sistema e da autoridade competente, e a NFPA 22 então exige que o tanque forneça a capacidade líquida que essa duração produz uma vez considerados a vazão de projeto, a reserva para mangueiras e o volume não utilizável. Dimensione o tanque com base em uma duração rastreável e documente essa base para que possa ser revisada.
Introdução
Toda pergunta sobre tanque de água para incêndio termina em um número, e o número que decide o custo do tanque raramente é aquele sobre o qual as pessoas discutem. Diâmetro, altura, chapa do casco e acessórios são todos discutidos. A duração é herdada.
É assim que um tanque é dimensionado para um valor que veio de uma regra prática, de uma especificação legada ou de um precedente estabelecido antes da adoção da edição atual do código, e como um tanque chega ao local com um volume nominal que não suporta a carga que a autoridade aprovou. O requisito de duração não é uma propriedade do tanque. Ele decorre do projeto do sistema de proteção contra incêndio, e a NFPA 22 exige que o tanque satisfaça o que quer que esse projeto produza.
Este guia estabelece de onde vem a duração, como ela se combina com a vazão de projeto, onde as premissas de projeto deixam de ser válidas, quando uma duração mais longa é imposta e como o cálculo deve ser redigido para que uma autoridade aprovadora o aceite. As referências são a NFPA 22 para o tanque e seus acessórios, a NFPA 13 para o projeto de sprinklers que gera a demanda e a NFPA 20 para a bomba de incêndio.
O que é o requisito de duração
O requisito de duração é o período de tempo durante o qual a água armazenada deve permanecer disponível na vazão exigida. A NFPA 22 não cria esse requisito. Ela estabelece o que o tanque deve ser e deve fornecer, e a duração vem de fora dela, do projeto do sistema de proteção contra incêndio e da autoridade competente. O Capítulo 4 contém os requisitos gerais, incluindo a base de capacidade conforme 4.1.3 e 4.1.3.1, razão pela qual um tanque construído perfeitamente conforme a NFPA 22 ainda pode ficar com o dimensionamento errado se a duração inserida nessa base estiver incorreta.
Duas coisas se seguem. A duração tem de ser rastreável a um documento: um requisito na norma de projeto do sistema para a ocupação e o risco, ou uma condição escrita imposta pela autoridade. E alterá-la após o cálculo muda tudo a jusante, desde o volume de demanda até a altura da casca e a fundação.
Como a duração e o fluxo de projeto se combinam
O volume que um tanque deve conter é o produto da vazão pelo tempo: V_required = Q_design x t_duration, onde V_required é o volume que o sistema deve extrair, em m3 (ft3); Q_design é a vazão de projeto em L/s (gpm); e t_duration é a duração exigida em minutos. Essa relação é simples, e a forma como é aplicada é onde a maioria dos erros de dimensionamento é cometida.
Para um sistema de sprinklers, a demanda é a soma da demanda dos sprinklers e da reserva para mangueiras, e cada uma tem sua própria duração. A expressão correta é V_required = soma sobre i de (Q_i x t_i), não a vazão total multiplicada pela menor duração. Quando o abastecimento municipal é creditado, somente a quantidade que ele pode fornecer durante o evento pode ser creditada, e isso deve ser demonstrado, não presumido.
O tanque, então, não comporta a demanda total, porque parte do volume armazenado não pode ser entregue à bomba. O volume morto abaixo da sucção, a folga antivórtice na saída de descarga exigida pela 14.2.13 e o borda livre reduzem o que é utilizável. O cálculo é: volume de demanda, menos o abastecimento creditado, mais o volume não utilizável, é igual à capacidade líquida que o tanque deve fornecer.
Premissas padrão de duração e seus limites
As durações mais frequentemente citadas provêm da própria norma de projeto do sistema de sprinklers, e não da NFPA 22, e variam conforme a classificação de risco de ocupação. O que importa não é o número, mas as condições a ele associadas: cada valor pertence a uma edição específica do código, a uma classificação de risco específica e a um tipo de sistema específico. Uma duração retirada de outra edição, ou de um projeto de tubo de coluna (standpipe) em vez de um projeto de sprinklers, não é transferível.
Essas premissas descrevem um sistema de sprinklers descarregando na sua densidade de projeto sobre a sua área de projeto e mantendo essa taxa. Não descrevem um sistema de dilúvio (deluge) abrindo todas as saídas ao mesmo tempo, uma área de processo sob alto risco, ou um local cujo abastecimento público de água não pode ser confiável durante a duração do evento. Também não se mantêm válidas após uma alteração no edifício. Quando a autoridade impõe a sua própria duração, esse requisito governa o tanque e deve constar na documentação como uma condição escrita.
Quando é necessária uma duração mais longa
É necessária uma duração mais longa quando o padrão predefinido não representa o local. Os gatilhos são familiares: a autoridade competente impõe uma duração mais longa como condição de aprovação; a ocupação ou o risco está fora do intervalo para o qual o padrão predefinido foi concebido; o abastecimento de água não é suficientemente confiável para creditar a fonte pública; o local é remoto, não possui pessoal ou tem um tempo de resposta longo do serviço de bombeiros; o proprietário adotou um objetivo de resiliência para a resposta a incêndios; ou uma seguradora impôs uma condição própria.
A consequência, a caudal constante, é linear e imediata. Duplique a duração e duplica o volume da procura e o volume do invólucro e, com eles, a fundação, o peso da chapa, as elevações por grua e a rota de transporte. É esse o argumento para fixar a duração antes de o tanque ser posto a concurso e para dar ao fornecedor do tanque a duração por escrito, com o documento de onde provém identificado.
Aplicar o guia a um sistema de sprinklers
Para um sistema de sprinklers, a demanda é gerada pelo procedimento de projeto da NFPA 13. A classificação de risco de ocupação fixa a densidade de projeto e a área de projeto, e o cálculo hidráulico que se segue produz a vazão de projeto no ponto mais exigente do sistema. A duração então vem do requisito da mesma norma para esse risco, não do tanque.
A reserva para mangueiras é uma demanda separada e é tratada separadamente. Ela é adicionada à demanda dos sprinklers em vez de ser incorporada à vazão dos sprinklers, porque as duas não são simultâneas da mesma forma, e é mantida durante a duração que a norma lhe atribui. Incorporar a reserva para mangueiras à vazão dos sprinklers e depois aplicar uma única duração ao total geralmente subestima o volume.
Dois requisitos da NFPA 22 estão por trás do número e são atendidos pelo arranjo do tanque, e não pela aritmética. O tanque é mantido cheio dentro de 4 pol. (102 mm) do nível de serviço de incêndio conforme 14.4.3, e o abastecimento deve restaurar o volume em até 8 horas conforme 4.2.1.4. Um tanque que contém o volume correto, mas não pode ser reabastecido nesse intervalo, não possui uma reserva confiavelmente disponível.
Aplicando o guia a um sistema de hidrantes
Um abastecimento por hidrantes tem um perfil de demanda diferente. A vazão é definida pela vazão de incêndio exigida para a área e pelo número e tamanho dos hidrantes em serviço, e o sistema é normalmente alimentado pela rede pública por meio de uma bomba de incêndio, e não por um tanque gravitacional privado. Quando um tanque privado faz parte do abastecimento, o princípio da duração ainda se aplica, mas a questão do crédito vem primeiro: o que pode ser creditado é limitado pelo que o tanque pode fornecer e pela confiabilidade do restante da rede.
Três diferenças separam o caso do hidrante do caso do sprinkler. A vazão é um perfil de descarga súbita e não uma vazão de projeto sustentada, de modo que o arranjo das saídas e a geometria de sucção assumem maior peso no projeto. O atrito no percurso entre o tanque e o ponto de uso representa uma parcela maior da pressão requerida, portanto o volume utilizável deve ser avaliado em função do percurso de entrega e não apenas do tanque. E a duração geralmente provém dos critérios de vazão de incêndio da própria autoridade, de modo que precisa ser obtida por escrito.
Onde se aplica uma duração diferente
Três situações rotineiramente colocam um número diferente na mesa. A primeira é a adoção de código. Fora da América do Norte, a estrutura regulatória pode ser uma norma europeia ou outra norma nacional, e a tabela de duração de sprinklers da NFPA 13 simplesmente não é a referência; a EN 12845 é a estrutura paralela para sistemas de sprinklers e seus suprimentos de água. O tanque ainda pode ser construído conforme a NFPA 22 e a AWWA D103, mas a duração para a qual ele é dimensionado vem do código local adotado, e as duas bases precisam ser reconciliadas explicitamente em vez de assumidas como equivalentes.
O segundo é o teste de aceitação da bomba. A NFPA 20 exige que a bomba de incêndio seja testada em vazões que excedam sua capacidade nominal, e o tanque deve fornecer essa vazão de teste. O teste é um evento curto, mas é um consumo real da reserva, e deve ser planejado de modo que o tanque seja reabastecido e a reserva restaurada depois.
O terceiro é uma alteração após a aprovação. Uma mudança de ocupação, material armazenado ou esquema de proteção pode alterar a densidade de projeto, a área de projeto e, portanto, tanto a vazão quanto a duração. A base de duração aprovada então deve ser revisitada em vez de transferida, e o tanque reavaliado em relação a ela.
Documentando o dimensionamento para aprovação
O cálculo de dimensionamento é o documento que a autoridade analisa, e tem de ser exigido. Em ordem, deve indicar o caudal de projeto e a sua origem; a duração e o documento que a exige; a reserva para mangueiras tratada como uma exigência própria; qualquer abastecimento municipal creditado com a base para o crédito; o volume de exigência resultante nas unidades do cálculo e nas unidades em que o tanque será encomendado; o volume não utilizável e a razão de cada elemento que o compõe; a capacidade líquida que o tanque deve fornecer, com referência a 4.1.3 e 4.1.3.1; e a base de reenchimento verificada em relação a 4.2.1.4.
Anexe os documentos de projeto do sistema que fundamentam as entradas em vez de repeti-las. Quando a duração diferir do padrão predefinido, anexe a condição escrita da autoridade e identifique o documento ou cláusula de onde ela provém.
Seja preciso sobre qual volume você quer dizer. Capacidade líquida, capacidade bruta e volume utilizável são números diferentes e são usados de forma intercambiável na conversa. Indique aquele contra o qual o tanque é encomendado e o datum ao qual as medições de nível se referem. Se a reserva for dividida entre mais de um tanque, o desenho deve mostrar a interligação que torna a reserva combinada real.
De Onde Vem a Base da Duração
Fonte da Duração | O Que Ela Define | Evidência a Arquivar com o Cálculo |
Norma de projeto do sistema, por exemplo NFPA 13 para um sistema de sprinklers | A duração para a classificação de risco de ocupação e o tipo de sistema | A cláusula da edição do código adotado que a exige |
Condição imposta pela autoridade competente | Uma duração mais longa ou modificada para este local | A condição escrita de aprovação, referenciada por data |
Exigência da seguradora | A duração e qualquer obrigação adicional de fornecimento de água | O requisito escrito, com o cronograma ou política a que pertence |
Objetivo de resiliência ou continuidade do proprietário | Uma duração além do mínimo do código | O memorando de base de projeto assinado e o comentário do revisor |
Análise de crédito de fornecimento municipal | A parte da demanda que pode ser creditada ao fornecimento público | O registro do teste de fornecimento e a premissa de disponibilidade declarada |
Teste de aceitação da bomba de incêndio conforme NFPA 20 | Uma vazão curta e alta sobre a reserva durante a execução de comissionamento | O procedimento de teste da bomba e o plano de reabastecimento que o segue |
Sequência de Cálculo de Dimensionamento Para Um Tanque de Água de Incêndio
Etapa | Quantidade | Entrada Ou Referência | Nota |
1 | Vazão de projeto para a demanda do sprinkler | Cálculo hidráulico NFPA 13 no ponto mais exigente | Na densidade de projeto sobre a área de projeto |
2 | Margem para fluxo de mangueira | O mesmo padrão do sistema, como uma demanda separada | Não incorporado ao fluxo do sprinkler |
3 | Duração aplicada a cada demanda | O padrão de projeto do sistema, ou uma condição da autoridade | Cada demanda tem sua própria duração |
4 | Volume da demanda | Soma de Q_i multiplicado por t_i para cada demanda | Manter as unidades do cálculo consistentes |
5 | Abastecimento público creditado | Análise de crédito de abastecimento | Apenas o que pode ser comprovado como entregável durante o evento |
6 | Volume de demanda bruta | Calculado a partir dos passos 4 e 5 | O volume que deve estar disponível durante o evento |
7 | Volume inutilizável | Geometria do tanque, a disposição antivórtice em 14.2.13, borda livre | Tudo abaixo do nível utilizável na sucção da bomba |
8 | Capacidade líquida necessária | Calculado, referenciado à NFPA 22 4.1.3 e 4.1.3.1 | Este é o número pelo qual o tanque é encomendado |
9 | Verificação de reabastecimento | Demanda bruta restaurada dentro das 8 horas permitidas por 4.2.1.4 | Define o arranjo de enchimento e os controles de nível |
Referência do Projeto
Não existe nenhum registro verificado de projeto de água para combate a incêndio na biblioteca de projetos que corresponda ao escopo deste guia de dimensionamento, portanto o artigo é apresentado sem um exemplo de projeto. O que ele traz, em vez disso, é a parte que pode ser verificada: de onde vem a base de duração e quem é responsável por ela, a sequência de cálculo que transforma uma vazão e uma duração em uma capacidade líquida, os limites das premissas padrão, as situações que forçam uma duração maior e o conjunto de documentação que uma autoridade aprobadora analisa. Cada um desses pontos é apresentado em relação à norma ou à cláusula de onde provém, de modo que possa ser auditado em vez de aceito com base na confiança.
Sobre a Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd.) projeta e fabrica tanques de armazenamento de aço aparafusado, tanques de aço soldado, tanques com revestimento epóxi 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 já 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 em 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
Qual duração a NFPA 22 exige para um tanque de água de incêndio?
Que duração a NFPA 22 exige para um tanque de água de incêndio?A NFPA 22 não estabelece uma duração. Ela estabelece a base de capacidade que o tanque deve satisfazer segundo 4.1.3 e 4.1.3.1, exige que o tanque seja mantido cheio dentro de 4 pol. (102 mm) do nível de serviço de incêndio segundo 14.4.3, e exige que o abastecimento restaure o volume dentro de 8 horas segundo 4.2.1.4. A duração em si vem da norma de projeto do sistema para a ocupação e o risco, confirmada pela autoridade competente.
A NFPA 22 estabelece um volume fixo de tanque?
A NFPA 22 estabelece um volume fixo de tanque?Não. Ela estabelece os requisitos de fornecimento e a base de capacidade, não um número de metros cúbicos. O volume decorre da vazão de projeto, da duração e do tratamento da reserva para mangueiras, e então tem o volume inutilizável adicionado a ele, de modo que a capacidade líquida disponível na sucção da bomba atenda ao requisito.
Como é determinada a duração exigida?
Como é determinada a duração exigida? A partir do projeto do sistema de proteção contra incêndio. Para um sistema de sprinklers, é a duração que a edição adotada da NFPA 13 exige para a classificação de risco de ocupação e o tipo de sistema. Para um abastecimento por hidrantes, geralmente são os critérios de vazão de incêndio da própria autoridade. Em ambos os casos, o valor precisa ser rastreável a um documento, e qualquer desvio em relação a ele precisa ser uma condição escrita, e não uma suposição.
A duração exigida pode ser maior que o mínimo padrão?
A duração exigida pode ser superior ao mínimo padrão?Sim. Uma condição de aprovação da autoridade, uma exigência da seguradora, um perigo fora do intervalo abrangido pelo padrão ou um objetivo de resiliência do proprietário podem todos exigir mais. Com caudal constante, o volume de procura escala diretamente com a duração, pelo que uma duração mais longa significa uma casca maior, uma fundação mais pesada e uma via de entrega diferente. Resolva isto antes do concurso, não após o fabrico.
E se a demanda do sistema mudar após a instalação do tanque?
E se a demanda do sistema mudar após a instalação do tanque? A reserva tem de ser recalculada a partir da nova demanda e o tanque existente verificado em relação a ela. O volume físico de um tanque instalado não muda, portanto, se a nova demanda for maior, ou o abastecimento tem de ser complementado, ou a entrega tem de ser reexaminada, ou a não conformidade tem de ser aceita explicitamente pela autoridade. Uma alteração de ocupação, armazenamento ou esquema de proteção é o gatilho habitual.
Como documento uma duração não padrão?
Como documento uma duração não padrão? Anexe a condição escrita, nomeie o documento ou cláusula de onde ela vem, indique o fluxo de projeto ao qual se aplica e mostre o volume de demanda resultante, a capacidade líquida e o efeito sobre o casco e a fundação. O objetivo do anexo é que o revisor possa verificar o requisito sem contatar ninguém. Uma duração não explicada em uma planilha de cálculo é tratada como uma suposição.
Como você documenta o cálculo de dimensionamento?
Como você documenta o cálculo de dimensionamento? Em uma ordem fixa: fluxo de projeto e sua fonte, duração e sua fonte, margem para mangueiras como uma demanda separada, abastecimento público creditado e a base para o crédito, volume de demanda bruta, volume não utilizável com justificativas, capacidade líquida conforme 4.1.3 e 4.1.3.1, e o arranjo de reabastecimento verificado conforme 4.2.1.4. Nomeie a edição de cada norma utilizada, cite volumes nas unidades em que o tanque será encomendado e declare o datum de nível a partir do qual o volume é medido.
Conclusão
Dimensionar um tanque de água de incêndio é uma aritmética curta envolvida em uma longa cadeia de decisões. A aritmética é vazão vezes duração. A cadeia é onde o valor se perde: a duração precisa ser rastreada até um documento, a reserva de mangueiras precisa ser tratada como uma demanda separada, o abastecimento público creditado precisa ser demonstrável, o volume inutilizável precisa ser adicionado de volta, e o arranjo de reabastecimento precisa restaurar o volume dentro das 8 horas que a 4.2.1.4 permite.
Tudo isso é mais fácil antes de o tanque ser encomendado do que depois de ser entregue. Uma duração definida cedo é uma linha em uma planilha de cálculo. Uma duração definida tarde é uma alteração no casco, na fundação e na aprovação que já havia sido concedida.
Envie-nos o fluxo de projeto do sistema, a duração e o documento de onde provém, o tratamento da reserva de mangueira, as restrições do local e a edição do código aplicável, e retornaremos o cálculo de capacidade, a declaração de volume líquido e bruto, a geometria de rebaixamento e o conjunto de documentação que a autoridade aprovadora solicitará.
Fale com a nossa equipa de engenharia
Envie o regime de funcionamento, a base do volume, o código aplicável e as restrições do local, e a nossa equipa de engenharia responderá com uma especificação que um fornecedor possa orçamentar e um revisor possa aprovar. Também lhe diremos claramente quando um tipo de tanque diferente ou um âmbito diferente é a melhor resposta.
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