Tanques de Armazenamento de Água para Sistemas de Proteção contra Incêndio: Tipos, Funções e Integração ao Sistema
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Tanques de Armazenamento de Água para Sistemas de Proteção contra Incêndio: Tipos, Funções e Integração de Sistemas
O tanque é o elemento de armazenamento em uma cadeia que também contém a bomba, a rede principal, a coluna e a válvula de controle, e seu dimensionamento é definido pelo que o restante da cadeia consegue efetivamente captar. Dimensione a reserva em função da demanda na sucção da bomba, considere a perda de carga entre o tanque e a bomba, e trate o tanque e o conjunto da bomba como um único sistema hidráulico a ser coordenado e testado.
Introdução
Um tanque de água de incêndio é especificado, comprado e instalado como se fosse um vaso autônomo. Não é. É um elemento de uma cadeia hidráulica, e toda decisão sobre o tanque tomada sem a visão do restante da cadeia precisa ser revista na comissionamento, quando o tanque está cheio e a tubulação está conectada e alguém descobre que a bomba não consegue aspirar o que o cálculo prometeu.
A cadeia é simples de descrever. Uma fonte de água, um tanque que a armazena, uma bomba que a move, uma rede principal e uma coluna que a distribuem, uma válvula de controle que mantém o sistema pronto e elementos terminais que a descarregam. O tanque fica no meio disso, e é o único elemento que armazena qualquer coisa.
Este artigo percorre essa cadeia tendo o tanque como assunto: para que serve o tanque, como ele difere da bomba, como os arranjos de tubo molhado, tubo seco e dilúvio se apoiam nele de maneiras diferentes, como a válvula de controle se posiciona entre os dois, como o atrito na sucção altera o volume utilizável e como o sistema é testado com o tanque no lugar. As referências são NFPA 22, NFPA 13 e NFPA 20.
Os elementos de um abastecimento de água para proteção contra incêndio
Todo abastecimento de água para proteção contra incêndio tem a mesma estrutura básica. A água vem de uma fonte, que pode ser a rede pública, um poço privado ou um sistema de água de reposição. Ela é armazenada, geralmente em um tanque, e esse volume armazenado é o que desacopla o abastecimento da demanda. Uma bomba adiciona a pressão. Uma tubulação principal e uma coluna de subida a conduzem. Uma válvula de controle mantém o sistema pressurizado e pronto. Os elementos terminais a liberam.
Duas propriedades fazem do tanque o elemento crítico. É o único lugar onde a água existe em quantidade, e o único elemento cuja condição não é visível durante o evento. Uma bomba é substituída e uma coluna de subida danificada é isolada, mas um tanque que permanece cheio por dois anos precisa estar em ordem no dia.
A NFPA 22 rege o tanque e seus acessórios: Capítulo 14 para as conexões e acessórios de tubulação, Capítulo 12 para as fundações no solo, Capítulo 17 para os testes de aceitação e Capítulo 18 para a inspeção e manutenção.
O papel do tanque em relação ao da bomba
O tanque e a bomba desempenham funções diferentes, e confundi-los é a origem de uma longa lista de erros evitáveis. O tanque fornece volume e, em uma instalação elevada, alguma carga estática. Ele não pode criar pressão além da que a elevação lhe proporciona, e não pode fornecer uma vazão controlada. A bomba faz isso, e a NFPA 20 rege o conjunto e seu controlador.
A consequência é que as duas especificações estão acopladas por meio da sucção. O tanque deve apresentar uma sucção estável no nível de água mais baixo que o projeto permite, porque o momento em que a reserva está quase esgotada é quando a bomba mais importa. Onde o tanque é elevado, ele realiza parte do trabalho da bomba; no nível do solo, a bomba realiza todo ele.
Arranjos de tubo molhado, tubo seco e dilúvio
O tipo de sistema altera a forma como o tanque é desenhado e o que a reserva deve cobrir. Num sistema de tubo molhado, a tubagem está carregada com água, pelo que o tanque fornece a procura dos sprinklers continuamente e a reserva é a dos sprinklers mais a dotação para mangueiras, cada uma pela sua própria duração.
Um sistema de tubo seco contém ar pressurizado, em vez disso, e o tanque tem de fazer duas coisas. Tem de fornecer a água que enche o sistema quando os chuveiros atuam, e tem de sustentar esse enchimento com o caudal que o projeto exige. O enchimento é uma retirada real da reserva, e um sistema de tubo seco numa rede longa pode exigir um volume substancial num curto período de tempo.
Um sistema de dilúvio abre as suas saídas por deteção, e todo o caudal de projeto é libertado de uma só vez, pelo que o tanque tem de fornecer a procura instantânea de pico durante toda a duração. Os sistemas de pré-ação situam-se entre os casos de tubo seco e molhado, com um atraso de deteção e um enchimento que tem de estar concluído antes de a água chegar aos sprinklers.
A válvula de controle do sprinkler e o tanque
A válvula de controle do sprinkler é onde o tanque se torna parte do sistema. Em um sistema de tubulação molhada, a válvula de retenção de alarme mantém a pressão do sistema e abre com o fluxo, e o tanque mantém esse sistema carregado através da linha de enchimento. Em um sistema de tubulação seca, a válvula de tubulação seca mantém a pressão de ar e admite água na atuação, e o tanque deve fornecer volume e vazão suficientes para encher o sistema sem cair abaixo do nível da bomba.
A interface que importa é o sinal de nível. A NFPA 22 Capítulo 14 exige instrumentação de nível e condição no tanque, e esses sinais são o que o painel de controle lê para reportar uma condição de baixo nível de água e o que o sistema de supervisão usa para avaliar a reserva. Eles devem ser especificados como um conjunto coordenado com o controlador e a bomba.
Existe também o arranjo de enchimento. O tanque deve ser mantido no seu nível de serviço de incêndio, com o volume consumido reposto dentro do tempo de reabastecimento permitido, tornando-o uma fonte confiável em vez de um reservatório que se esvazia silenciosamente por meio de um vazamento.
Sucção, atrito e o volume útil resultante
O volume que um sistema pode efetivamente consumir não é o volume que o tanque contém, e a diferença é o atrito. A perda por atrito na tubulação entre a saída do tanque e a sucção da bomba reduz a altura disponível na bomba em proporção ao quadrado da vazão, e é pior exatamente quando o nível do tanque está na parte inferior da faixa útil e a altura estática é mínima.
É por isso que a disposição da saída é especificada no Capítulo 14, em vez de ser deixada ao empreiteiro de tubagem. O tubo de descarga é dimensionado pela capacidade do tanque, o cotovelo de base de um tanque de sucção recebe uma extremidade em campânula, a disposição inclui uma válvula de retenção e a saída de descarga recebe um conjunto de placa antivórtice. Uma saída restringida não perde apenas pressão; introduz vórtices e arrastamento de ar.
A regra prática: o volume utilizável é medido na sucção da bomba, desde o nível normal de funcionamento até ao corte de nível baixo, e a tubagem entre o tanque e a bomba faz parte do cálculo.
Testar o sistema com o tanque no local
Testar um sistema com um tanque de armazenamento instalado difere de testá-lo na rede pública, e a diferença é a reserva. Um teste de vazão realizado a partir da rede comprova a tubulação e a bomba. Um teste de vazão realizado a partir do tanque também comprova o tanque, o arranjo de sucção, a linha de enchimento e os controles de nível, e é a única maneira de saber se a bomba funciona com a reserva que terá.
A sequência de comissionamento precisa ser planejada em vez de tentada. O tanque deve ser enchido até seu nível operacional normal, o sistema em sua configuração operacional, e a instrumentação de nível comprovada antes do teste de vazão, e não depois. O Capítulo 17 estabelece os requisitos do teste de aceitação, incluindo a inspeção conjunta com a autoridade notificada.
O teste de aceitação do próprio tanque é separado do teste de vazão, e ambos precisam ser agendados. Um tanque parafusado ou soldado é enchido com água sob os requisitos do Capítulo 17 e deve retê-la. Um teste de vazão realizado ao mesmo tempo detecta vazamentos mais rapidamente, portanto, quando o cronograma permitir, os dois devem ser coordenados.
O regime recorrente de testes e inspeções
Após a comissionamento, o tanque passa a fazer parte do cronograma rotineiro de testes, e os testes recorrentes confirmam que a reserva ainda é uma reserva. Os testes de aceitação da bomba e os testes periódicos de vazão descarregam a partir do tanque, portanto o nível deve ser restaurado afterwards e o arranjo de enchimento comprovado novamente. O Capítulo 18 remete a inspeção e manutenção ao longo da vida útil do tanque à NFPA 25, e é esse o documento com base no qual o manual de manutenção deve ser escrito.
O Capítulo 9 da NFPA 25 aborda especificamente os tanques de água dentro dessa norma de inspeção, teste e manutenção, e é a referência para o programa recorrente do proprietário: verificações rotineiras de nível e condição, inspeção externa do revestimento, teto, respiros, transbordamento e suportes, operação e teste periódicos de válvulas, e a inspeção interna no intervalo que a norma estabelece para o tipo de tanque e a condição do seu revestimento.
As verificações mais importantes em um tanque de reserva detectam uma perda lenta. Um tanque cheio que não é reabastecido após um teste tem um vazamento ou uma válvula com falha. Um tanque reabastecido com mais frequência do que o esperado tem uma válvula passando ou um instrumento de nível com deriva. Ambos aparecem no padrão de operação muito antes de uma falha, razão pela qual o nível de enchimento é o número mais importante do programa.
Onde o tanque não se encaixa
Há quatro situações em que um tanque de armazenamento é a resposta errada, e vale a pena reconhecê-las desde cedo. A primeira é quando o abastecimento público é confiável e já atende por si só à vazão, à pressão e à duração exigidas. Adicionar um tanque, então, acrescenta uma estrutura e um regime de manutenção sem acrescentar abastecimento.
A segunda é quando o espaço não comporta o tanque. Um tanque do volume exigido tem uma pegada, uma fundação e uma rota de entrega, e em um local restrito essas limitações podem inviabilizá-lo. A terceira é quando a água armazenada não é adequada para a finalidade e não existe tratamento prático.
A quarta é quando um arranjo diferente resolve o problema de forma mais simples. Um tanque de quebra isola a bomba de incêndio do abastecimento público e pode ser muito menor que uma reserva completa. Um tanque elevado substitui uma bomba quando a altura manométrica é suficiente. Em cada caso, a pergunta é a mesma: o elemento de armazenamento contém toda a reserva, ou apenas o que o restante da cadeia não consegue fornecer?
A Cadeia de Abastecimento de Água para Combate a Incêndios e o Que Cada Elemento Contribui
Elemento | Norma | Função | Retira do Tanque |
Fonte de água | Critérios de abastecimento de água | Enche e reabastece o tanque | Volume de reposição |
Tanque de armazenamento | NFPA 22, Cap.14 conexões | Mantém a reserva, desacopla o abastecimento | Nada (origem) |
Bomba de incêndio | NFPA 20 | Converte volume em vazão e pressão | Volume total utilizável |
Rede principal e coluna | NFPA 13 | Leva água aos pontos de saída | Define a perda de carga da bomba |
Válvula de controle | NFPA 13 | Mantém o sistema pressurizado | Volume de enchimento + sinais de nível |
Elementos terminais | NFPA 13 | Descarga na vazão de projeto | Define o tamanho da reserva |
Instrumentos de nível | NFPA 22 Cap.14 | Informam o estado da reserva | Sinais de nível/condição |
Arranjo de enchimento | NFPA 22 Cap.4 | Restaura o volume ao nível de incêndio | Volume a repor |
Como Cada Tipo de Sistema Recorre à Reserva do Tanque
Sistema | Tubulação | Como o Tanque é Utilizado | A Reserva Deve Cobrir |
Tubulação molhada | Preenchido com água | Consumo sustentado na vazão de projeto | Sprinkler + mangueira, cada duração |
Tubo seco | Ar pressurizado | Encher e depois sustentar a demanda | Enchimento do sistema + demanda dos sprinklers |
Pré-ação | Ar até à deteção | Encher e depois admitir água | Enchimento + atraso + demanda de sprinklers |
Dilúvio | Esvaziar até abrir | Vazão total de uma vez | Duração total da demanda de pico |
Tubulação vertical/mangueira | Preenchido com água | Fluxo de mangueira via tubulação vertical | Duração do fluxo de mangueira |
Combinado | Preenchido com água | Sprinkler + mangueira juntos | Demanda sobreposta |
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 fundido, 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 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 conciliados entre si.
Perguntas Frequentes
Qual é o papel do tanque em um sistema de proteção contra incêndio?
É o elemento de armazenamento. Ele contém o volume do qual o sistema recorre, mantém esse volume disponível ao ser mantido em seu nível de serviço de incêndio e reabastecido dentro do tempo permitido, e entrega esse volume à sucção da bomba. Ele também desacopla o suprimento da demanda, razão pela qual um sistema alimentado por um tanque pode operar durante um evento que a rede pública não conseguiria suportar.
Como um tanque difere de uma bomba de incêndio no sistema?
O tanque fornece volume armazenado e, quando elevado, alguma carga estática. A bomba fornece vazão e pressão controladas, e a NFPA 20 a rege. O tanque não pode fazer o trabalho da bomba, e a bomba não pode substituir o tanque, porque somente o tanque mantém uma reserva que sobrevive à perda do abastecimento de entrada. Os dois são coordenados através da sucção, e o tanque deve apresentar uma condição estável no nível utilizável mais baixo, e não apenas quando cheio.
O tanque precisa de uma válvula de controlo do sprinkler?
Não no próprio tanque. A válvula de controle pertence ao sistema de sprinklers: a válvula de retenção de alarme em um sistema de tubulação molhada, a válvula de tubulação seca ou a válvula de dilúvio. O envolvimento do tanque se dá através da linha de enchimento que mantém o sistema carregado, da instrumentação de nível que informa se a reserva está intacta e da sucção que entrega o volume quando a válvula abre. O Capítulo 14 abrange as conexões e acessórios de tubulação que sustentam essa relação, incluindo o tubo de descarga dimensionado pela capacidade do tanque e o conjunto de placa antivórtice na saída de descarga.
Como é que um sistema de tubo seco utiliza o tanque?
De duas formas, e ambas recorrem à reserva. O tanque tem de encher o sistema com água ao caudal exigido pelo projeto assim que os sprinklers entram em funcionamento, e tem de sustentar esse enchimento. Como a tubagem está vazia até esse momento, o enchimento é um consumo real do volume armazenado e não uma reposição de um sistema que já contém água, pelo que a reserva tem de cobrir tanto o enchimento como a procura dos sprinklers.
A fricção na tubagem afeta a quantidade utilizável do tanque?
Sim. O atrito na linha de sucção 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. O tubo entre o tanque e a bomba faz, portanto, parte do cálculo de dimensionamento, e o arranjo de saída no Capítulo 14, incluindo o extremo em campânula no cotovelo de base de um tanque de sucção e o conjunto da placa antivórtice, existe para manter essa perda previsível e manter o ar fora da sucção.
Como o sistema é testado com um tanque de armazenamento instalado?
Com o tanque cheio até seu nível operacional normal, o sistema em sua configuração operacional e a instrumentação de nível comprovada primeiro, para que o teste de vazão exercite o tanque, o arranjo de sucção, a linha de enchimento e a bomba em conjunto. O teste de aceitação do próprio tanque conforme o Capítulo 17 é um requisito separado, e onde o cronograma permitir, os dois devem ser coordenados para que um teste de vazão encontre vazamentos mais rapidamente do que um teste estático.
O tanque precisa de seu próprio teste de vazão?
Ele deve ser capaz de fornecer a vazão que os testes exigem, o que é uma questão diferente de saber se o tanque precisa de um teste dedicado próprio. Os testes de aceitação e de vazão periódica da bomba conforme a NFPA 20 utilizam o tanque, portanto o tanque deve fornecer essa vazão a partir de seu volume útil e o nível deve ser restaurado afterwards. A instrumentação de nível e condição é o que comprova que a reserva estava intacta antes do teste e restaurada após ele.
Quando um tanque não fornece o suprimento necessário?
Quatro casos comuns. Quando o abastecimento público já atende por si só à vazão, pressão e duração exigidas. Quando não há espaço para a área de implantação, a fundação e a rota de entrega. Quando a água armazenada não é adequada para a finalidade e não pode ser tratada. E quando um arranjo diferente resolve o problema de forma mais simples, como um tanque de quebra para isolar a bomba do abastecimento público, um tanque elevado onde a altura manométrica que ele fornece é suficiente, ou um vaso de pressão para um sistema pequeno sem bomba.
O tanque é um elemento numa cadeia, e especificá-lo isoladamente é como os projetos acabam com um vaso com o tamanho errado para a bomba que alimenta e com a forma errada para o local onde se encontra. A cadeia não é complicada: fonte, tanque, bomba, conduta principal, tubo ascendente, válvula de controlo, saídas. Mas cada elo impõe uma restrição ao seguinte, e o tanque, porque armazena o volume e porque nada sobre o seu estado é visível durante um evento, carrega a restrição que mais importa.
Por isso, dimensione a reserva na aspiração da bomba em vez de na boca de descarga, tenha em conta o atrito entre o tanque e a bomba, especifique a disposição da saída e a instrumentação de nível como parte do tanque, e planeie os testes com o tanque incluído no circuito.
Envie-nos o tipo de sistema, a vazão e a duração de projeto, o arranjo de sucção e as restrições do local, e retornaremos a geometria do tanque, o conjunto de instrumentação de saída e de nível, o arranjo de coordenação com a bomba de incêndio e o regime de testes que fecha a cadeia.
Fale com a nossa equipe de engenharia
Envie a demanda, 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 com clareza quando um tipo diferente de tanque ou um escopo diferente for a melhor resposta.
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