Válvulas de alivio de presión en bombas contra incendios

Aprovechando la revisión de los artículos de la página, vamos a hablar de las válvulas de alivio de presión usadas en las bombas contra incendios. Primeramente, en las bombas con motor impulsor diesel se acostumbra instalar una válvula que formalmente se llama Relief Valves for Centrifugal Pumps, que muchos llaman válvulas de alivio de presión o de recirculación (aunque este término puede generar confusión con las válvulas de circulación mencionadas en la NFPA 20). Estas son parecidas a la de la figura 1 siguiente:

Fig. 1. Válvula de alivio de presión principal o "main pressure relief valve"

Estas válvulas están diseñadas para evitar que existan sobrepresiones en el sistema cuando la bomba alcanza (sin sobrepasar) el 110% de la velocidad de trabajo del motor, equivalente al 121% de la presión de churn o shut off de la bomba (la presión a caudal cero).

En el pasado, todas las bombas con motor diesel debían llevar esta válvula, sin embargo, la NFPA 20 vigente establece las condiciones para su uso e instalación, a saber:

Para las bombas diesel, cuando el 121% de la presión de churn o shut off de la bomba (la presión a caudal cero) más la máxima presión estática (esta es la presión de succión de la bomba) ajustada por elevación excede la máxima presión de trabajo de alguno de los componentes del sistema contra incendios, es obligatorio su uso.

Para las bombas diesel, cuando se usa un controlador de limitación de presión (o de velocidad variable) y el máximo cabezal de descarga ajustado por elevación con la bomba trabajando a la velocidad nominal y presión de churn o shut off excede la máxima presión de trabajo de alguno de los componentes del sistema contra incendios, es obligatorio su uso.

Para las bombas eléctricas, cuando se usa un controlador de limitación de presión (o de velocidad variable) y el máximo cabezal de descarga ajustado por elevación con la bomba trabajando a la velocidad nominal y presión de churn o shut off excede la máxima presión de trabajo de alguno de los componentes del sistema contra incendios, es obligatorio su uso.

La restricción o licencia (como lo quiera ver el lector) de la proporción de presión de churn de la bomba, el 121%, está basado en que los controladores modernos apagan la bomba si ésta supera el 110% de la velocidad nominal, o mejor dicho, la supera en un 10%.

Lo anterior se traduce en que no necesariamente siempre se requiere una válvula de alivio de presión. Veamos algunos ejemplos:

Caso 1: Supongamos que nuestra bomba es la siguiente, cuya curva (usaremos una curva teórica, Usted debe usar la del fabricante) es la mostrada:

Fig. 2. Curva bomba caso 1

Supongamos que usamos la bomba de 750 gpm de la curva C, con el impeler de 8.7″, que tiene una presión de churn (presión a caudal de 0 gpm) de aproximademente 140 psi. En este ejercicio medimos la presión estática a la entrada de la bomba y resultó ser de 10 psi.

Ahora veamos, si se requiere la válvula de alivio de presión en ciertas circunstancias. Calculemos primero la presión para la condición de uso:

Presión a 110% de velocidad nominal = 140 psi x 1.21 = 169.4 psi

Presión total sumando la estática = 169.4 + 10 psi = 179.4 psi

Ahora bien, si esta bomba se usa en un sistema de rociadores, con presiones máxima de trabajo de 175 psi, la válvula de alivio de presión debe instalarse.

Si, por el contrario, esta válvula se instala en un sistema de mangueras, donde se usan accesorios y acoples clase 300 con válvulas con presiones de trabajo de 250 psi, la válvula no es requerida.

Caso 2: Supongamos esta otra bomba, cuya curva (usaremos una curva teórica, Usted debe usar la del fabricante) es la mostrada:

Fig. 3. Curva bomba caso 2

Supongamos que usamos la bomba de 400 gpm de la curva A, con el impeler de 9″, que tiene una presión de churn (presión a caudal de 0 gpm) de aproximadamente 115 psi. En este ejercicio medimos la presión estática a la entrada de la bomba y resultó ser de 10 psi.

Ahora veamos, si se requiere la válvula de alivio de presión en ciertas circunstancias. Calculemos primero la presión para la condición de uso:

Presión a 110% de velocidad nominal = 115 psi x 1.21 = 139.15 psi

Presión total sumando la estática = 139.15 + 10 psi = 149.15 psi

Ahora bien, si esta bomba se usa en un sistema de rociadores, con presiones máxima de trabajo de 175 psi, la válvula de alivio de presión la válvula no es requerida.

Si, por el contrario, esta válvula se instala en un sistema de mangueras, donde se usan accesorios y acoples clase 300 con válvulas con presiones de trabajo de 250 psi, la válvula no es requerida.

Entonces, ¿Por qué siempre nos venden la válvula de alivio los distribuidores? Aparte de que son dólares adicionales en la venta, porque o bien el diseñador no hizo el calculo para saber si la requería, o porque si inicialmente no es requerida (por ejemplo, si el diseño original es un sistema de mangueras o hidrantes, y a futuro se van a colocar rociadores, podría ser requerida) y a futuro podría serlo, o porque la autoridad competente lo exige (FM GLOBAL  siempre las pide).

Ajustes de la válvula de alivio de presión principal

Este es un tema que genera discordia, y por ende lo que planteo aquí es en base a mi criterio personal ajustado por experiencia.

En primera instancia hay que saber donde se está parado. Si Usted es el diseñador y/o instalador, debe saber porqué la válvula está allí, y debería conocer el punto de ajuste. Lo más probable es que la bomba alimenta un sistema de rociadores, y por ende, la válvula debe setearse ligeramente por debajo de la máxima presión de trabajo de los rociadores, así, si tiene rociadores, la válvula debe setearse ligeramente por debajo de ese valor.

En general, debe hacer el cálculo después de evaluar los sistemas alimentados por la bomba, y ajustarla un valor de presión igual o ligeramente inferior, en nuestros ejemplos, en el caso 1, podría ser 175.

Durante las pruebas de flujo de la bomba es obligatorio ajustar la válvula de alivio muy por encima del valor de shutoff o churn de la bomba, para poder levantar todos los puntos de la curva, y luego volver a setear .

Si tiene un controlador de velocidad variable, el valor de ajuste es 10psi por encima del shut off de la bomba.

Ahora bien, si su bomba tiene una presión alta porque la está usando en un edificio de altura, la regulación de presión de los sistemas debe hacerla por pisos o por zonas (nunca puede usar la válvula de alivio de presión de la bomba como un elemento regulador de presión) entonces, el valor de presión de ajuste debe ser tal que el 121% de la presión de churn más la presión de succión no supere el valor máximo de entrada a la estación de regulación de presión que garantiza la máxima de presión de trabajo en los pisos correspondientes (más cálculos que la mayoría de las veces no se hacen).

Lo anterior aplica también para sistemas combinados de rociadores y mangueras.

Por ende, para cerrar esta parte del artículo, los ajustes de la válvula de alivio serán de acuerdo a cada bomba y sistema en función de las recomendaciones indicadas.

Otra válvula de alivio de presión usada en las bombas contra incendios es la Circulation Relief Valve, mencionada en la sección 4.12 de la NFPA 20 Ed 2016. En primera instancia, esta válvula no debe ser confundida con la Relief Valves for Centrifugal Pumps, de la sección 4.19, que muchos llaman válvulas de alivio de presión o válvula PRINCIPAL de alivio de presión. La Circulation Relief Valve, también llamada válvula de recirculación térmica, es una válvula que se instala regularmente en un puerto, tap o conector del lado de la descarga de la bomba. La válvula de alivio de circulación es similar a la mostrada en la figura 4

Fig. 4. Válvula de alivio a la recirculación

Si bien esta también es una válvula de alivio de presión, está diseñada y debe ser provista para proteger a la bomba cuando la válvula de seccionamiento a la descarga está cerrada. La otra, la PRINCIPAL, está prevista para proteger al sistema contra incendios cuando la bomba está funcionando en caso de un aumento de presión por velocidad.

Esta válvula de alivio debe ser estimada de tal forma que provea un caudal de alivio para la bomba suficiente cuando se alcanza su presión de operación. En condiciones de caudal cero con la bomba encendida, cuando está cerrada la válvula de la descarga, el agua dentro de la carcaza puede alcanzar a hervir y a dañar a la bomba. Por este motivo, esta válvula protege a la bomba, no al sistema.

Las válvulas de alivio de circulación deben ser instaladas en todas las bombas contra incendios eléctricas y en las diesel, salvo aquellas diesel donde el agua de enfriamiento es tomada de la descarga de la bomba. Como la mayoría de las bombas diesel modernas tienen un sistema de enfriamiento como el mencionado, no se suelen instalar. En las bombas diesel con motor enfriado por aire (muy raras o de procedencia distinta a USA), si es obligatorio instalar la mencionada válvula. Una ubicación típica de la válvula de alivio de circulación se muestra en la figura 5

Fig. 5. Ubicación Válvula de alivio a la recirculación

La descarga de la válvula de alivio de circulación debe ser llevada a un drenaje (o de vuelta al tanque si es posible hidráulicamente) con una tubería con diámetro mínimo de ¾” para bombas de caudal hasta 2500 gpm y de 1” para bombas de caudal superior.

El valor de ajuste de esta válvula, debe ser por debajo de la presión de churn de la bomba a la mínima presión de succión (o estática) esperada.

Veamos un ejemplo de ajuste para la bomba de 750 gpm que nos ha acompañado.

Caso 3: Supongamos que nuestra bomba es la siguiente, cuya curva (usaremos una curva teórica, Usted debe usar la del fabricante) es la mostrada:

Fig. 6. Curva bomba caso 3

Supongamos que usamos la bomba de 750 gpm de la curva C, con el impeler de 8.7″, que tiene una presión de churn (presión a caudal de 0 gpm) de aproximadamente 140 psi. En este ejercicio medimos la presión estática a la entrada de la bomba y resultó ser de 10 psi.

Luego la presión de churn a la mínima presión estática es la suma de ambas, por ende la presión de ajuste de la válvula de circulación debería ser menor a la siguiente:

Presión de ajuste de la válvula de circulación < 140 psi + 10 psi = 150 psi

Como la bomba es de 750 gpm, la descarga de la válvula debe ser como mínimo ¾”.

Repasando

La Relief Valves for Centrifugal Pumps o válvulas de alivio de presión o válvula PRINCIPAL de alivio de presión, se usa para prevenir una sobrepresión en el sistema contra incendio producto de una sobrevelocidad en la bomba, y esta opera, si cumple la condición de operación, cuando la válvula de seccionamiento a la descarga está abierta.

La Circulation Relief Valve, también llamada válvula de recirculación térmica, se usa para prevenir el sobrecalentamiento del agua dentro de la bomba cuando la válvula de seccionamiento a la descarga está cerrada. Esta válvula no se usa para proteger al sistema por sobrepresiones.

Ni la una ni la otra se pueden usar como mecanismos de reducción o regulación de presión del sistema. Para eso existen otros tipos de válvulas.

Por si se lo preguntan

Cuando Usted hace la prueba de flujo de la bomba anualmente, debe ajustar la válvulas de alivio de presión o válvula PRINCIPAL de alivio de presión (la grandota) por encima de la presión de alivio calculada para garantizar medir la presión correcta a caudal 0. Sin embargo si la bomba posee una válvula de re-circulación térmica (la chiquita) , esta se debe dejar en su valor de operación, y lamentablemente, debe hacer la prueba con ese caudal de perdida si la bomba opera a presión de churn (con la válvula de seccionamiento a la descarga cerrada). Si hace la prueba alterando el valor de ajuste de la de recirculación térmica puede dañar la bomba durante la prueba.

Si lo desea puede bajar este articulo en PDF para uso personal 

 

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