ROwin de iMventa ingenieros es una herramienta indispensable para el diseño, cálculo y validación de las instalaciones de extinción de incendios por agua: rociadores automáticos, bocas de incendios equipadas, hidrantes exteriores, cortinas y boquillas de incendios, etc.
En este artículo explicaremos detalladamente la forma de proceder para obtener los parámetros del punto de funcionamiento óptimo del grupo de bombeo (presión y caudal) que permitan la selección de un equipo comercial a partir de las fichas técnicas de los fabricantes. Al mismo tiempo podemos aprovechar las capacidades del programa para ajustar al máximo la capacidad de reserva de agua de la instalación de protección contra incendios.
La metodología que se describe a continuación se ilustra con el "Ejemplo BIEs y rociadores.ro" que se incluye en la instalación del programa.
Este ejemplo contiene una instalación de rociadores montantes convencionales con cuatro Áreas de operación y seis bocas de incendios equipadas situadas en un mismo sector de incendio, repartidas por las dos plantas del edificio.
Procedimiento a seguir
En nuestro ejemplo partiremos de una instalación totalmente definida y ya dimensionada, aunque buscaremos optimizar la selección del grupo de bombeo siguiendo estos pasos:
1. Predimensionar, opción del menú Calcular.
2. Simular curvas de bombeo, opción del menú Calcular.
3. Buscar el punto de funcionamiento del grupo de bombeo que requiera la Capacidad de reserva de agua menor.
1. Predimensionar
El programa necesita establecer unos parámetros de partida con los que después optimizar la instalación.
En primer lugar vamos a predimensionar la instalación para una presión máxima de diseño de 9 bar. Este valor representa la presión de bombeo más elevada de las que se ensayan durante el proceso de cálculo, con objeto de obtener unos diámetros de tuberías, y unos caudales y presiones en los distintos elementos de la instalación que cumplan con los requisitos de cálculo impuestos. Este dato se puede modificar desde el cuadro de propiedades del Abastecimiento.
Si los requerimientos del proyecto nos obligasen a utilizar unos diámetros predeterminados, se podrían modificar después del Predimensionado desde el cuadro de diálogo Grupos de tramos del menú Datos. En nuestro ejemplo los dejamos tal y como han resultado del cálculo.
La Tabla de áreas de operación que se genera desde el menú Resultados nos ayudará a conocer cuál será nuestro primer punto de funcionamiento resultado del primer cálculo, y cómo se comporta la instalación en cada proceso de cálculo y simulación que hagamos posteriormente.
El punto de funcionamiento inicial estará definido por el caudal total máximo y por la presión necesaria máxima, que en nuestro ejemplo se alcanzan en las Hipótesis:
• AO3, Área operación 3 / REA3 y
• H11, Hipótesis 11: BIE (232)+BIE(231); respectivamente.
El programa nos muestra las características de este punto de funcionamiento en las propiedades del Abastecimiento:
En la tabla de áreas de operación se puede ver que la presión necesaria en la hipótesis de funcionamiento más desfavorable es de 6,1 bar, sin embargo en este cuadro de diálogo aparece 6,5 bar. Esto se debe a que la presión nominal se redondea al múltiplo de 0,5 bar superior, por ser la forma de presentación más extendida en los catálogos de fabricantes.
La capacidad de reserva sugerida por el programa es de 377 m3, no obstante, cuando hayamos ajustado el punto nominal de funcionamiento del grupo de bombeo a un valor inferior tendremos que modificar este parámetro para que aparezca correctamente en los documentos de proyecto.
ROwin permite realizar dos simulaciones: una a presión constante y otra con la curva de bombeo. En este ejemplo utilizaremos la segunda opción ya que los resultados se corresponden al funcionamiento real del grupo contra-incendios.
En el apartado “03. Resumen de resultados” de este documento se muestra una tabla que recoge los resultados que se han ido obteniendo en cada etapa de cálculo, y de este modo poder ir evaluándolos.
2. Simular curva de bombeo
La opción de “Simular una curva de bombeo” del menú Calcular nos facilita encontrar un punto de funcionamiento que se ajuste a la curva característica de un grupo de bombeo y al mismo tiempo que haga funcionar correctamente la instalación.
Aunque no es este el caso, también se podría simular directamente un grupo de bombeo predefinido, por ejemplo para comprobar el funcionamiento de una ampliación de una instalación existente.
La curva P-Q de los equipos de bombeo tiene la forma de la figura, lo que hace que a medida que se aumenta la demanda de caudal, la presión disponible disminuye. El punto de funcionamiento de un equipo de bombeo conectado a una red de incendios se alcanza cuando el caudal que proporciona el equipo provoca unas pérdidas en la red iguales a la presión de suministro.
Aprovechando esta circunstancia vamos a realizar varios tanteos tomando una presión y caudal nominal inferiores a las máximas obtenidas inicialmente, y comprobando que los puntos de funcionamiento para cada hipótesis sigan cumpliendo las necesidades de la red.
En las imágenes partimos de una primera simulación (en las tablas corresponde a SCB-01), mediante la opción “Calcular/Simular curva bombeo”, introduciendo los siguientes valores en el cuadro de diálogo que aparece:
La forma en la que procederemos será ir simulando varios puntos de funcionamiento hasta conseguir que cumpla con unos valores relativamente bajos de presión y caudal. En la siguiente tabla se muestran cuáles han sido los valores utilizados en cada simulación hasta la última que no cumple (SCB-04).
Donde:
• Predimen. – Predimensionamiento.
• SCB-01 – Simulación curva de bombeo número 01. Respecto a la anterior hemos ajustado la presión nominal a los resultados de la Tabla de áreas de operaciones obtenida en el Predimensionamiento.
• SCB-02 – Simulación curva de bombeo número 02. En este caso hemos calculado con el caudal nominal menor posible, que corresponde a una curva en cuyo punto de sobrecarga (140%) proporciona el caudal de diseño (244,4 m3/h). Este dato se calcula como el máximo caudal obtenido para las hipótesis de funcionamiento dividido entre 1,4 (244,4/1,4 ≈ 175 m3/h).
• SCB-03 – Simulación curva de bombeo número 03. Disminuimos la presión y el caudal nominales, comprobando que el caudal de sobrecarga no sea superior al resultado de multiplicar al caudal nominal por 1,4.
• SCB-04 – Simulación curva de bombeo número 04. Igual simulación anterior.
• PN (bar) – Presión nominal o de trabajo, en bar, con la que se calcula.
• QN (m3/h) – Caudal nominal o de trabajo, en m3/h., con la que se calcula.
• P a Q=0 – Presión máxima a caudal nulo, en bar. En este ejemplo tomaremos un valor de esta presión no superior al 30% de la presión nominal, para todas las simulaciones.
• P a Qsob. – Presión menor a caudal de sobrecarga (1,4·QN), en bar, que no debe ser menor del 70% de la presión nominal.
• Errores – Muestra si después del cálculo hay en el panel de errores fallos de funcionamiento de alguno de los dispositivos de la instalación.
En la última simulación, SCB-04, con una presión de 4 bar en la bomba no se alcanza el caudal necesario para que la hipótesis de funcionamiento H11 funcione correctamente, por lo que nos quedamos con los resultados finales de la simulación SCB-03:
• PN=5 (bar).
• QN= 156 (m3/h).
• Capacidad de reserva de 291,1 (m3).
En la siguiente gráfica podemos ver cómo han cambiado los puntos de funcionamiento de cada hipótesis, de estar más próximos al extremo de máximo caudal de la curva característica inicial (SCB-01), a situarse en los puntos centrales de la última curva simulada (SCB-03):
Utilizando esta herramienta del programa ROwin podemos comprobar la curva característica de cualquier bomba comercial.
3. Determinar la capacidad de reserva mínima
La capacidad de reserva (Cres.), después de las diferentes simulaciones que hemos realizado, se ha reducido de 376,43 m3 a 291,10 m3, lo que supone una reducción del 22%. En la tabla siguiente podemos observar los resultados de la capacidad de reserva por cálculo:
Donde:
• Predimen. – Predimensionamiento.
• SCB-01 – Simulación curva de bombeo número 01.
• SCB-02 – Simulación curva de bombeo número 02.
• SCB-03 – Simulación curva de bombeo número 03.
• PN (bar) – Presión nominal o de trabajo, en bar.
• QN (m3/h) – Caudal nominal o de trabajo, en m3/h.
• Cres. (m3) – Resultado de la Capacidad de reserva, en m3, después del cálculo.
Al final de los cálculos, para obtener los resultados correctamente, debemos cambiar el valor de capacidad de reserva en las propiedades del abastecimiento con el punto de funcionamiento definido y simular la curva de bombeo de nuevo.
De esta manera podemos, utilizando el panel “Hipótesis”, obtener los resultados de “Memorias y listados…” únicamente del área de operación o sector de incendios que nos interese. También podemos crear nosotros una, Hipótesis de usuario. Por ejemplo: seleccionando los rociadores de un área de operaciones y dos BIE, para obtener la capacidad de reserva de todos esos elementos funcionando al mismo tiempo o para sacar los resultados de las dos BIE que funcionan de forma más desfavorable (ver imagen).
Resumen de resultados
Una vez hallado el punto mínimo de funcionamiento cumpliendo con los requisitos de la instalación podemos comparar los resultados obtenidos.
La siguiente tabla muestra un resumen de los datos que hemos ido obteniendo después de cada proceso de cálculo a través de la Tabla de áreas de operación del menú Resultados, con los valores más destacados marcados en rojo que se mencionan más abajo:
Donde:
• AO3 – Hipótesis: Área operación 3 / REA3, según el ejemplo.
• H11 – Hipótesis11: BIE(232)+BIE(231), según el ejemplo.
• Densidad – Densidad de descarga del grupo de rociadores de referencia, en mm/min.
• Pmín E/PL – Presión mínima en la entrada del equipo (E) y en punta de lanza (PL), en bar.
• Caudal total – Caudal total calculado para esos elementos, en m3/h.
• Capacidad de reserva de agua – Volumen de agua necesario de reserva calculado en función del caudal total y el tiempo de autonomía máximo para cada sistema de protección contra incendios, en m3.
• Pnec. – Presión necesaria máxima en los elementos de considerados en el cálculo de esa hipótesis.
• Pbom. – Presión que necesita el grupo de bombeo para mantener la presión necesaria en los elementos calculados, en bar.
En el predimensionamiento obtuvimos un caudal de reserva de 376,4 m3 a una presión de 6,5 bar y un caudal de 251,0 m3. Recordar que el programa busca el valor superior de la presión de bombeo resultante del cálculo (6,1 bar) en saltos de medio bar (6,5 bar sería el siguiente valor superior).
Ajustando el punto de funcionamiento según una curva de bombeo concreta hemos llegado a obtener una capacidad de reserva de agua de 291,1 m3, un 22% menos. En todo momento se pueden comprobar que los parámetros de cálculo se están cumpliendo y cómo varían en función de la curva simulada.
La SCB-04 no cumple porque los valores obtenidos para la, Pmín E y Pmín. PL (4,812 y 1,909 bar respectivamente), se obtienen para una presión de bombeo de 5,8 bar y la presión necesaria sería de 6,1 bar.
A partir de este punto, podemos obtener las memorias, listados y planos correspondientes a todas las hipótesis. En el caso de querer obtener los anexos de cálculo de alguna Hipótesis en concreto (por ejemplo, la hipótesis más desfavorable de la instalación de BIE, H11), nos iremos al panel Hipótesis seleccionaremos únicamente la que vayamos a simular y obtendremos los resultados que podremos añadir a los generales, ya obtenidos.