USO DE LA BOMBA JOCKEY EN SISTEMAS DE PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS por Ing. Álvaro Rodríguez Cuenca - Ecuador
1.
Introducción.
Durante mi carrera profesional en el área de prevención, control y protección de incendio me he visto en la oportunidad y en la necesidad de intercambiar criterios con colegas ingenieros, técnicos, instaladores, contratistas y clientes sobre el requerimiento o no, de instalar una bomba de mantenimiento de presión (PMP), bomba jockey (JP), o de reposición (make-up), tal como se le conoce con frecuencia en nuestra área. 2.
¿Qué es una PMP?
La pregunta obligatoria para entender en principio nuestro cuestionamiento sería: ¿qué es una PMP?, la <<Norma para la Instalación de Bombas Estacionarias de Protección contra Incendios, NFPA 20-2016>>, en el parágrafo 3.3.44.15, la define como una bomba diseñada para mantener la presión en los sistemas de protección contra incendios (PCI) entre los limites previamente establecidos cuando a través del sistema no fluye agua. Y de aquí pretendo extraer la siguiente pregunta: ¿por qué debemos mantener la presión en los sistemas PCI entre limites preestablecidos?, y es de este cuestionamiento que obtenemos la siguiente respuesta: - ¡golpe de ariete! -. 3.
Golpe de ariete.
Téngase en cuenta, en palabras sencillas, que el golpe de ariete no es más que un fenómeno que se produce cuando un fluido en movimiento es forzado a detenerse, a cambiar de velocidad o de dirección bruscamente. En nuestros sistemas de agua contra incendio estos fenómenos de transporte pueden ser causado por diferentes factores, tales como cierres o aperturas abruptas de válvulas o arranques o paros automáticos y abruptos de las bombas contra incendios. Este cambio en el momentum es capaz de crear un incremento en la presión generando daños potencialmente significativos en el sistema, incluso la ruptura de algún componente y en consecuencia la pérdida de la disponibilidad. 4.
estará aprobada por el ente competente (AHJ). Por tanto, nuestro objetivo principal debe ser el de proporcionar un suministro de agua confiable, diseñado y dimensionado adecuadamente, de manera que sirva óptimamente al sistema de protección contra incendios bien sea de rociadores, de estaciones de manguera o una combinación de ambos. Es importante que a medida que avanzamos en el análisis, debemos
Aprobación del diseño de PCI.
Cuando iniciamos un proyecto, en sus diferentes fases, donde la instalación de una bomba contra incendios forma parte del alcance, es nuestro deber llevar a cabo un análisis de los requisitos que abarca el sistema para asegurarnos de que se entregará una instalación que será funcional y
Ilustración 1. Cálculo hidráulico de un sistema automático de rociadores con el software Piping System FluidFlow v.3.23
tomar en cuenta cada parte o sección del sistema y de ser necesario incluir todas las características y requisitos mínimos exigidos tal y como se describen en la edición correspondiente de la NFPA-20. 5.
Presión máxima de operación (MOP)
Bien sabemos, que, en su mayoría, los sistemas son diseñados para operar a una presión máxima de operación (MOP) de 175 psig (12,1 barg). - ¿y por qué esta presión? - si bien, los requisitos para una presión de funcionamiento máxima se tratan en NFPA 13 parágrafo 23.4.4.11, es claro que en ocupaciones con peligro adicional (extra hazard) o riesgos de incendio mayores que representan un mayor desafío para su combate y extinción, las presiones de descarga excesivas en los sistemas de tuberías pueden afectar adversamente la efectividad de la descarga de los rociadores bajo estas condiciones, es decir, a presiones elevadas, el agua que es expelida por el orificio del rociador impacta sobre el deflector del mismo a una alta velocidad, esto trae como consecuencia la ruptura en pequeñas gotas de agua. Este fenómeno genera la posibilidad de que éstas no tengan el impulso o momentum necesario para penetrar en lo que se conoce como columna de fuego (fire plume) tan
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común en incendios de riesgos extra y de almacenamiento. 6.
Sobre NFPA 14 y la MOP
Por su parte, NFPA 14 permite sistemas con presiones superiores a 175 psig (12,1 barg), sin embargo, también los limita a operar a presiones no mayores a 350 psig (24,1 barg) en las estaciones de mangueras. Es por esta razón, que los sistemas que operan bajo estas condiciones deben diseñarse y adecuarse para trabajar bajo ese parámetro, también es de hacer notar que NFPA en diferentes normas y recomendaciones hace referencia al uso de dispositivos de restricción de presión (PRD) y válvulas reductoras de presión (PRV) en los sistemas de tuberías, con el objetivo de limitar bien sea la presión residual, o estática, a no más de 175 psig (12,1 barg) en la salida de las mangueras, de allí se desprende la intención de la norma por proteger al personal de bomberos de manera que no esté expuestos a presiones tan elevadas que puedan causarles daño e inhabilitarlos. Este caso se presenta con frecuencia en sistemas combinados de rociadores automáticos y estaciones de mangueras, así como también en edificaciones de gran altura (high-rise building). 7. Mantener la presión del sistema e instalación de la PMP Ahora bien, un oleaje en el sistema (surge) o golpe de ariete puede superar fácilmente los 740 psig (50 barg) por lo que esta condición crea una amenaza real de daños en las tuberías y en la instrumentación asociada a todo el sistema. Es por esta razón que se hace necesario introducir un método que permita compensar el diferencial de presión en los sistemas de agua. Si bien, NFPA 20 (4.26) no refiere al requerimiento en el uso exclusivo de una PMP, si hace referencia al hecho de que debe existir un medio o método para mantener la presión del sistema, claro está, esto se logra de diferentes maneras, bien sea con tanques elevados con suficiente cabezal estático, tanques presurizados o sistemas
Ilustración 2. Cálculo de golpe de ariete realizado con Instrucalc Plus v.9.0.2
hidroneumáticos, entre otras soluciones. sin embargo, la instalación y uso de una PMP es la solución utilizada con más frecuencia para cumplir con este requisito. Básicamente la PMP mantiene el sistema presurizado y evita que la bomba de incendios pueda entrar en funcionamiento a menos de que existan en el sistema flujos significativos de agua. Es por ello, que la presión de ajuste tanto en la PMP como en la bomba contra incendio debe ser el adecuado para que el arranque de la bomba de incendios no genere un golpe de ariete que pueda ir en detrimento, falla en la integridad mecánica del sistema de tuberías y en consecuencia una pérdida de la disponibilidad del sistema. Por otra parte, factores tales como la naturaleza del suministro de agua o las fugas en el sistema de tuberías pueden causar caídas de presión o fluctuaciones en el sistema contra incendio (SCI). Estas fluctuaciones de presión pueden hacer que la bomba contra incendios funcione, incluso si el SCI no se ha activado, es decir, que no se activó un rociador o que no se abrió una válvula en la en la estación de mangueras (standpipe. Las bombas contra incendios no están diseñadas para funcionar durante períodos cortos solo por el hecho de mantener la presión del sistema. Es por eso que NFPA 20 4.26.6 prohíbe el uso de bombas contra incendio como dispositivos de mantenimiento de presión o PMP. Por este hecho es que los beneficios de una PMP van más allá de mantener la presión del sistema. Una bomba de mantenimiento de presión reducirá la probabilidad de un diferencial de presión (∆P) muy elevado y, por lo tanto, mejorará la efectividad en las alarmas de flujo de agua al evitar que alarmas espurias tomen lugar por los ∆P producto de despresurización o fugas. Así mismo, también proporciona un óptimo equilibrio entre la confiabilidad y disponibilidad de la bomba contra incendio, por el hecho de que no se genera degastes y daños significativos como resultado de trabajar bajo un servicio bajo el cual no ha sido diseñada. En sintonía con lo anteriormente expuesto, la NFPA 20 hace referencia y proporciona los requisitos mínimos necesarios para bombas jockey solo cuando están instaladas; de manera de cubrir los diferentes aspectos en los métodos más comúnmente utilizados para mantener la presión en los sistemas. Y no solo eso, en el capítulo 4: Requerimientos Generales, parágrafo 4.26 la norma se dedica a entregar una guía completa para la planificación, instalación y ajuste de la PMP. Es apropiado aclarar que, si se hace uso de una PMP para mantener la presión de un sistema, esta deberá poseer su propio controlador (la excepción a esto son las unidades de bombeo de desplazamiento positivo de agua nebulizada –
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NFPA 20 8.5.7.2-). Este controlador debe tener como función arrancar (start) a la bomba jockey cuando la presión en el sistema de protección contra incendios caiga hasta el valor preestablecido, de la misma manera enviará una señal de paro (stop) cuando la presión en el sistema aumenta hasta el valor que se preestableció por diseño. Es recomendable para que la bomba PMP funcione correctamente, la presión de arranque de ésta sea mayor que la presión de arranque de la bomba contra incendios. La norma NFPA 20 refiere al hecho de que la PMP no requiere ser listada (4.26.2), - ¿y por qué? debido a que no se le considera un componente crítico en el funcionamiento del sistema de protección contra incendio, es decir, que, si por alguna razón llega a fallar, no impediría el hecho de que el sistema funcione ante un evento de incendio. 8.
Conclusión
En conclusión, la razón principal por la que es necesario mantener una presión uniforme o relativamente alta en el sistema es con la finalidad de proteger a los sistemas de rociadores contra el golpe de ariete causado por la bomba contra incendios cuando esta se pone en marcha automáticamente. En otras palabras, en un sistema hipotético donde no existe una PMP, con frecuencia se alcanza una presión de suministro de aproximadamente 50 psig (3,44barg) proveniente del sistema de suministro de agua de la ciudad o de un tanque elevado, por tanto, el sistema PCI puede recibir un golpe de ariete causado por la cantidad de agua (1500gpm) a una presión de 125 psig (8,61barg) debido al arranque automático de una bomba contra incendios. Tómese en cuenta que la energía cinética desarrollada por el fluido potencialmente dañará el sistema de protección contra incendios. Por esta razón, es que antes de eliminar una PMP de un sistema automáticamente controlado, se debe determinar y soportar con el desarrollo de cálculos y capas de protección la incorporación o no de estos equipos dentro del sistema. Recuérdese que es el sistema quien controla a la bomba y no viceversa. 9.
4.- NFPA 24. Standard for the Installation of Private Fire Service Mains and Their Appurtenances. 2007 Edition. 10. Sobre el Autor: Álvaro Rodríguez es Ingeniero Consultor en Surya Safety Risk Engineering en Ecuador, es graduado en Ingeniería Mecánica en la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda (UNEFM) en Venezuela y certificado como Ingeniero en Seguridad Funcional por TÛV Rheinland, con más de 16 años de experiencia en el área de proyectos, confiabilidad y mantenimiento en la industria de refinación de petróleo, petroquímica e industrial. Es especialista en el área de diseño de sistemas de protección contra incendio, sistemas instrumentados de seguridad (SIS), identificación de peligros y análisis de riesgos, así como también en selección y aplicación de equipos rotativos, análisis y diseño de HVAC, diseño de sistemas de tuberías de plantas de procesos y de equipos estáticos. Ha publicado artículos técnicos a nivel internacional sobre sistemas hidráulicos y de bombeo, así como también ha establecido fórmulas de correlación para la estimación de esfuerzos admisibles en materiales.
Referencias:
1.- NFPA® 20. Standard for the installation of Stationary Pumps for Fire Protection, 2016 edition. 2.- Stationary Fire Pumps Handbook, fifth Edition, Chad R.W. Duffy. 3.- NFPA® 13. Standard for the Installation of Sprinkler Systems. 2016 edition.
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