Errores y Omisiones en el Diseño e Instalación de Bombas Contra Incendios – Parte 1

Es común que los ingenieros que se inician el diseño de sistemas contra incendios cometan omisiones al diseñar el cuarto de bombas. En esta serie de artículos, clasificados por CASOS, propone poner en evidencia errores y omisiones comunes en el diseño e instalación de bombas contra incendios, bajo la metodología de mostrar casos reales y hacer un estudio (mientras sea posible), y compararlos con los requerimientos de la norma. Cuando no existan evidencias gráficas, basados la experiencia, solo mencionaremos los casos de estudio y su discusión. Para fines de este trabajo se usará la NFPA 20: Norma para la Instalación de Bombas Estacionarias de Protección contra Incendios en su edición 2016 en español o la del 2019 en su versión en inglés, junto a su manual, dependiendo de la información que se quiera mostrar.

Caso 1. Especificación e Instalación de Bombas No Listadas

Este caso se divide en realidad en varios sub casos, el primero, el diseñador proyecta una bomba contra incendios por la NFPA 20, listada, y entrega una ingeniería que incluye todos los requerimientos de dicha norma, y por alguna decisión posterior, venden e instalan una bomba no listada en la ocupación. En el segundo sub caso, el diseñador proyecta desde el inicio una bomba no listada, pero hace el diseño con todas las prerrogativas de instalación de la norma y en consecuencia así es instalada, y el tercero, peor de todos, que, por ser la bomba no listada, ni el diseñador ni el instalador, considera necesario (o por la naturaleza de la bomba no se puede en algunas situaciones) cumplir con las recomendaciones de instalación de la NFPA 20.

En cualquiera de los casos anteriores, más allá de lo que exige la NFPA 20, veamos cuáles implicaciones tiene el uso de bombas no listadas para servicios contra incendios, y las eventuales excusas o justificaciones para hacerlo, y cómo se degrada la confiabilidad del sistema como consecuencia.

Ante todo, la NFPA 20 requiere taxativamente que las “bombas contra incendio deben estar dedicadas al servicio de la protección contra incendios y listadas para dicha actividad” [NFPA 20:2016:ESP:4.71].

Aun así, el anexo A.4.71 deja una puerta abierta que muchos diseñadores o instaladores aprovechan, cuando se menciona que “Lo establecido en este punto no impide el uso de bombas en suministros de agua públicos y privados que provean agua para fines domésticos, procesos y sistemas de protección contra incendios. Dichas bombas no son bombas contra incendio y no se espera que cumplan todos los requisitos establecidos en la presente norma. Se permite que dichas bombas se utilicen para protección contra incendios si se consideran confiables según el análisis exigido en la Sección 4.6.” (todas las comillas, negritas y cursivas son nuestras para agregar énfasis a las citas).

El uso “conveniente” del anexo, que por ser tal no es de obligatorio cumplimiento, y que aplica solo a la bomba, suele ser aplicado sin tomar en consideración la sección 4.6, referida a Suministros líquidos o Liquid Supplies en la versión en inglés, aparte de otras secciones de la NFPA 20 donde los controladores, motores o impulsores, entre otros, deben ser obligatoriamente listados, sin ninguna alternativa. Es decir, se asume que, si bien la NFPA 20 permite, bajo ciertas condiciones de cumplimiento, el uso de una bomba no listada, extrapolan esta licencia al resto de los componentes del paquete de bombeo, siendo esto aparte de extra normativo, promotor de una baja confiabilidad de todo el sistema.

Si el lector revisa toda la sección 4.6, encontrará entre otras cosas, que la bomba, como parte de la fuente de agua del sistema (esto es muy importante tenerlo claro: que la bomba forma parte de la fuente de agua del sistema en el caso de redes privadas de incendios, como las que comúnmente existen en Latinoamérica), debe ser, entre otras, confiable, por cuanto es de importancia vital para el sistema contra incendios [NFPA 20:2016:ESP: 4.6.1]. Adicionalmente a esto, la bomba debe cumplir con otros requerimientos específicos de la misma sección 4.6, para poder optar, sin ser listada, a ser usada como una bomba contra incendios.

Normalmente las bombas no listadas para uso como equipos contra incendios en Latinoamérica, son bombas de las llamadas de servicios generales, las cuales son pintadas de rojo, y vendidas como paquetes no normalizados (para referirse a que no están listados), similar a la mostrada en la figura 1,

 

Figura  1 - Paquetizado de bomba contra incendios no normalizado

Dado que estas bombas de servicios generales no fueron construidas basándose en las recomendaciones de confiabilidad de la NFPA 20, ni fabricadas originalmente como equipos contra incendios, su confiablidad, desde el punto de vista del sistema contra incendios, está comprometida.

Veamos las diferencias esenciales que existen entre una bomba de servicios generales y una listada específicamente para servicio en sistemas contra incendios:

La primera diferencia es que la bomba de servicios generales, para distinguirla de eventuales bombas contra incendios que cumplen con la NFPA 20 pero que no son listadas (de difícil consecución en el mercado latino), y las listadas, es que no está previsto que estén incluidas dentro de un paquete de servicios contra incendios, y por ende carece de ciertas características de fabricación que si poseen sus pares listadas. Ejemplos, calidad y resistencia de las aleaciones usadas, tipo de lubricación de los cojinetes, curva característica de presión versus caudal [NFPA 20:2016:ESP: 6.2*], resistencia al mal uso, entre otros.

La siguiente disimilitud importante es que las bombas listadas han sido construidas desde el principio para ser parte de un programa de ensayos, como por ejemplo el UL 448 Standard for Centrifugal Stationary Pumps for Fire-Protection Service, como también sus impulsores (motores), UL 1004-5 Standard for Fire Pump Motors, y en general todos sus componentes y accesorios. Estos programas de ensayos tendientes a la obtención del listado de un determinado laboratorio, exigen un plan de aseguramiento de calidad y mínimos criterios de desempeño bajo condiciones de trabajo específicos, que las bombas de servicios generales obviamente no cumplirán.

Otra diferencia entre las bombas listadas y las de servicios generales es que la primera fue diseñada y construida para ser “reemplazable” o “expendable”, como se dice en inglés. Esto implica que la bomba de servicios generales, y todo a su alrededor (construcción, controladores de accionamiento, fuentes de energía, entre otros) previenen de su uso en condiciones adversas, mientras que las listadas, y sus componentes externos, están previstas para funcionar a pesar de todo, y aun cuando queden dañadas después de la operación. Esto es en esencia, porque regularmente, en un sistema contra incendios en Latinoamérica, la bomba es la única fuente de agua prevista para el funcionamiento del mismo.

Si el diseñador o el instalador, invocan a la NFPA 20 para el diseño e instalación de la bomba contra incendio, aun cuando esta no sea listada, su impulsor, su controlador, y otros elementos de la sala de bombas si deben serlo. Es decir, no se puede afirmar en ninguna parte que hay cumplimiento normativo, si el sistema de bombeo se basa en un paquete no normalizado de venta común en nuestros países.

Ahora, las cosas empeoran cuando el diseñador o el contratista, optan por una bomba no listada, o un paquete no normalizado, y, además, el diseño o la instalación, o ambos, no atienden las recomendaciones mínimas de la NFPA 20. En este sentido, al parecer, por el hecho de usar una bomba de servicios generales, la instalación de ésta no merece ser como el de sus iguales listadas. Si bien el autor no promueve o incentiva el uso de bombas contra incendios que no sean listadas, debe entenderse que, al hacerlo, por la razón que sea, mientras sea posible deben diseñarse e instalarse de acuerdo a las recomendaciones normativas, por cuanto esto agrega un grado de confiabilidad que compensa en alguna medida los problemas de origen de la bomba. De otra forma, hacer lo contrario, degrada más aun la confiabilidad del sistema de bombeo, con las consecuencias futuras que esto tendrá.

El porqué esta omisión es tan común en Latinoamérica, con ciertas excepciones, incluye entre otras, los vacíos normativos, la ausencia de autoridades competentes con medios coercitivos de hacer cumplir las normas, y en especial por un tema económico. Es cierto, la diferencia del monto de inversión es muchas veces mayor para una bomba listada que si se tratara de una de servicios generales, en especial porque no solo la bomba, sino sus impulsores, sus controladores y otros componentes del paquete deben ser listados. La relación de precios de una a otra puede llegar a ser de 1 a 10, en otras palabras, un paquete no normalizado podría costar un 10% de lo que vale el listado, dependiendo del tipo y las marcas. Frente a esta diferencia, y sin un mecanismo coercitivo de la autoridad competente, es evidente que, si lo meramente económico es el único criterio de selección, saldrá perdiendo el paquete listado.

¿Posibles soluciones a este error u omisión?

La solución directa es diseñar, proveer e instalar paquetes listados. En la medida de lo posible, educar al cliente sobre los beneficios de la instalación de un equipo confiable, que haya aprobado un programa de listamiento de un laboratorio reconocido (UL o Factory Mutual, como dos ejemplos clásicos), de una marca reconocida, con un distribuidor confiable en el país que garantice repuestos y servicios a largo plazo.

¿Consecuencias de no corregir el error u omisión?

La consecuencia directa de instalar bombas no listadas es la pérdida de confiabilidad del sistema de bombeo, que en algún momento causará que los sistemas de rociadores o mangueras, u otros que dependen de éste, no funcionen de acuerdo a sus expectativas de diseño, pudiendo generar pérdidas humanas o pérdidas considerables de activos.

Caso 2. Succión Inadecuada

Una succión adecuada de la bomba contra incendios es primordial para garantizar el funcionamiento de ésta, su confiabilidad y un tiempo de vida útil largo. En este aparte se distinguen los siguientes errores u omisiones más frecuentes:

  • Bombas horizontales con succión negativa

  • Diámetros inadecuados de la tubería de succión

  • Accesorios no permitidos o mal instalados o diseñados en la succión

  • Reducciones no recomendadas en la succión

Si bien puede haber otros, estos son los más comunes, y los cuales desarrollaremos en este artículo.

Bombas horizontales con succión negativa

En lo referente a las bombas horizontales, la NFPA 20 es taxativa cuando expresa “Las bombas centrífugas no deben utilizarse donde se requiere un elevamiento de succión estático (succión negativa)” [NFPA 20:2016:ESP:6.1.2*], y esto es esencialmente porque para lograr eso, la tubería de succión debería tener una seba (o priming), que es susceptible de fallar por razones diversas. Ejemplos de bombas horizontales centrífugas con succión negativa se muestran en las figuras siguientes:

Figura  2 - Bomba Listada Horizontal con Succión Negativa

La figura 2 es quizá de los más graves errores que podrían cometerse en una instalación. Dado que las bombas listadas no tienen puerto de seba, por no requerirse dado el hecho de que obligatoriamente deben instalarse con un tanque superficial que provea de presión positiva de succión, en este caso el instalador, le proporcionó uno. En la figura 3 se muestra otro ejemplo de esta mala praxis con otros agravantes que serán discutidos luego en otros artículos de la serie.

Figura  3 - Bomba Horizontal con Succión Negativa

Si bien en el pasado la NFPA 20 permitía la succión negativa en bombas horizontales, esto fue eliminado en la edición de 1974, por cuanto, aun con todas las previsiones del caso, la seba, con una válvula de pie susceptible a falla por presencia de piedras o mal funcionamiento de sus partes mecánicas, exponía a las bombas a perder la seba. Algunas normas europeas permiten la succión negativa, incluyendo tanques de seba, sin embargo, mientras se diseñen los sistemas de bombeo por la NFPA 20, las bombas horizontales solo podrán tener succión positiva.

¿Posibles soluciones a este error u omisión?

La solución directa es la selección de la bomba correcta en función del tipo de tanque a ser usado. Si el tanque por alguna restricción ha de ser subterráneo, es decir, su cota de nivel está por debajo de la cota de descarga de la bomba, entonces esta debe ser una del tipo vertical turbina.

¿Consecuencias de no corregir el error u omisión?

La bomba horizontal con succión negativa es propensa a perder la seba, por lo tanto, es susceptible a fallar en caso de requerirse. En pocas palabras, la instalación del sistema de bombeo pierde confiabilidad.

Diámetros inadecuados de la tubería de succión

Otro error u omisión común es el de no diseñar la tubería y accesorios de la succión de la bomba (y eventualmente la descarga) en los diámetros mínimos recomendados. Este error es proveniente de aplicar costumbres de instalación de las bombas de servicios generales a sus equivalentes usadas en protección contra incendios, usando como diámetro de la tubería el mismo diámetro de la brida de succión de la bomba sin hacer las verificaciones del caso.

En esencia, la tubería (y sus accesorios) en la succión de la bomba debe garantizar dos condiciones básicas cuando ésta funciona al 150% del caudal nominal: primero, la presión de succión debe ser positiva (salvo las excepciones de la NFPA 20), y la velocidad del agua no debe superar los 15 ft/seg, esto al menos en los primeros 10 diámetros antes de la brida de succión de la bomba [NFPA 20:2016:ESP: 4.15.3.1*].

Para garantizar estas dos condiciones, existen dos opciones, hacer un cálculo hidráulico del tramo de la succión para garantizar la velocidad, o aplicar la tabla de la sección [NFPA 20:2016:ESP: 4.27].

Un error derivado del que está en discusión es usar el diámetro correcto pero usar un reductor concéntrico en la succión, el cual también está proscrito por la sección NFPA 20:2016:ESP: 4.15.6.4, el cual requiere que sea del tipo excéntrico, para evitar las bolsas de aire.

Un ejemplo de este último error se muestra en la siguiente figura.

Figura  4 - Uso de reducción concéntrica en la succión

¿Posibles soluciones a este error u omisión?

La solución es básicamente dejar a un lado las costumbres de instalación de bombas de servicios generales y consultar las secciones correspondientes de la NFPA 20 para garantizar que el diámetro de la succión de la bomba es el correcto. Estas secciones como mínimo son las NFPA 20:2016:ESP: 4.15.3.1* y la NFPA 20:2016:ESP: 4.15.6.4, con sus anexos.

¿Consecuencias de no corregir el error u omisión?

Un diámetro inferior al recomendado en la tubería de succión de la bomba contra incendios, y adicionalmente, reducciones o ampliaciones concéntricas, generará, entre otras posibles consecuencias, la cavitación de la bomba, que a corto plazo afectará su desempeño hidráulico, y a largo plazo, acortará la vida útil del equipo.

Accesorios no permitidos o mal instalados o diseñados en la succión

Otro ejemplo de diseño o instalación inadecuados se presenta cuando por razones de espacio y ubicación de los tanques de agua, o por uso de una bomba horizontal con succión negativa, se agregan codos u otros accesorios en forma inadecuada en la succión.

En general, aún con las licencias que pueda otorga la NFPA 20, la tubería de la succión de la bomba debe ser lisa, recta, lo más corta posible, en el diámetro mínimo recomendado, y solo debe existir una válvula de corte de compuerta, del tipo de vástago ascendente, u OS&Y, instalada lo más lejos posible de la succión. Fuera de esto, cualquier accesorio debe ser estudiado para ver su aplicación.

En primera instancia, cualquier accesorio, del tipo que sea, debe instalarse por lo menos a 10 diámetros de la succión de la bomba. De requerirse, por ejemplo, un codo, no puede estar en el plano horizontal, salvo que esté al menos a 10 diámetros de la succión. Instalar codos que generen cambios de dirección del fluido en las cercanías de la succión, genera turbulencias que afectarán el desempeño de la bomba y eventualmente, producirán cavitación.

De igual forma el uso de válvulas de corte del tipo mariposa debe evitarse por cuanto generarán turbulencias que afectarán el desempeño de la bomba. Aun cuando la NFPA 20:2019:4.16.5.4  da a entender que se podrían instalar válvulas distintas a las OS&Y en la succión, estarían limitadas a una distancia mínima de 50ft medidos desde la succión.

Ejemplos de accesorios mal instalados en la succión de la bomba, aparte de lo mostrado en la figura 2 donde existen dos casos en uno, se muestran a continuación.

Figura  5 - Uso inadecuado de accesorios en la succión de la bomba

Y, si bien, a veces culpamos a los contratistas de estas malas decisiones de instalación, a veces, los mismos diseñadores obvian las recomendaciones normativas, e incluso las del sentido común, y proponen instalaciones como la de la imagen siguiente,

Figura  6 - Diseño inadecuado de la succión de la bomba

Que a la fecha, no hemos entendido el porqué de esta propuesta de diseño.

¿Posibles soluciones a este error u omisión?

En general, atender las recomendaciones de diseño e instalación ya mencionadas respecto a la tubería en la succión de la bomba contra incendios.

¿Consecuencias de no corregir el error u omisión?

Las ya mencionadas, con preponderancia a la posibilidad de ocurrencia de cavitación en la bomba, y disminución de su desempeño hidráulico y vida útil como equipo rotativo.

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