El correcte funcionament dels sistemes de bombeig en instal·lacions de protecció contra incendis és fonamental per garantir una resposta ràpida i efectiva en situacions d’emergència. En aquest context, EBARA presenta una anàlisi tècnica detallada sobre la importància de l’aspiració en aquests sistemes. L’article exposa com les bombes, tot i estar dissenyades per manejar un ampli rang de cabals, han de funcionar dins de certs límits de disseny per evitar efectes perjudicials com la cavitació. Al llarg del text, s’aborda la relació entre diversos factors com la pressió d’aspiració, la velocitat del líquid i les pèrdues de càrrega, proporcionant una explicació clara sobre com optimitzar el rendiment i prevenir danys a les bombes. A més, es destaca la rellevància de complir amb normatives específiques, com la UNE 23500, per assegurar una instal·lació eficient i segura.
Tot i que una bomba té una corba de característiques que abarca un ampli rang de cabals, l’impulsor d’una bomba està dissenyat per a un rang de cabal determinat. Quan la bomba funciona donant un cabal diferent fora d’aquest rang de disseny, el líquid entra a l’impulsor més ràpidament, o més a poc a poc respecte una situació normal, de manera que es troba amb algunes petites dificultats per entrar. Aquestes dificultats es poden mesurar en termes de pèrdua de pressió, per la qual cosa es pot parlar d’una pressió mínima necessària a la zona immediatament anterior a les aletes de l’impulsor, que dependrà de la bomba i del cabal que hi circuli.
Si en algun punt de tota l’aspiració (incloent l’entrada a l’impulsor) la pressió estàtica del líquid baixa fins a assolir la pressió de vapor, el líquid començarà a bullir. Apareixeran bombolles de vapor que col·lapsaran quan la pressió estàtica torni a superar la pressió de vapor. Aquest efecte es coneix com a cavitació.
La cavitació provoca danys mecànics a la bomba, petites picades, vibracions i sorolls. Una cavitació severa se sol acompanyar d’un soroll excessiu i danys visibles a la bomba; mentre que una cavitació moderada produeix una petita reducció del cabal, de l’altura, del rendiment i un desgast prematur. En tot cas, és un efecte indesitjat que cal evitar.
La funció de la bomba és afegir pressió al líquid i empènyer-lo per la canonada de pressió, però per fer-ho possible, el líquid ha d’arribar a l’interior de la bomba per si sol, ja que la bomba no pot “tibar” del líquid. La bomba pot empènyer el líquid que ja està dins de l’impulsor i deixar espai per a què n’entri més, però aquest ha d’entrar per si sol a l’impulsor des de l’aspiració, sent empès per l’altre extrem de la canonada d’aspiració. Afortunadament, a l’altre extrem de la canonada d’aspiració, en instal·lacions de bombeig per a la protecció contra incendis, hi ha la pressió atmosfèrica.
Per tal que no hi hagi problemes de cavitació, no n’hi ha prou que el líquid arribi, sinó que ha d’arribar amb una pressió suficient perquè no s’assoleixi la pressió de vapor. L’expressió principal que representa el correcte funcionament de l’aspiració d’una bomba és la següent:
Sent:
Pa: Pressió absoluta sobre el nivell d’aspiració del líquid en kg/cm²
Y: Pes específic del líquid en kg/dm3.
Ha: Alçada geomètrica d’aspiració en metres (porta signe positiu quan el nivell del líquid a l’aspiració està per sota de l’eix de la bomba i negatiu quan està per sobre).
Pca: Pèrdues de càrrega a l’aspiració, en metres.
Va2 / 2 g: Alçada dinàmica corresponent a la velocitat d’entrada del líquid a la bomba, expressada amb la velocitat V en m/s.
Hz: Pressió absoluta mínima necessària a la zona immediatament anterior a les aletes de l’impulsor (depèn del cabal i del tipus de bomba).
Tv: Tensió de vapor corresponent al líquid en metres.
Que senzillament vol dir: La pressió a l’entrada del rodet ha de ser superior a la mínima necessària. A la pressió atmosfèrica li restem l’altura que el líquid ha d’ascendir fins a la bomba, les pèrdues de càrrega de la canonada, la disminució de pressió estàtica a causa de l’augment de la velocitat i la pressió que es perd a la mateixa entrada del rodet; i el resultat ha de ser superior a la pressió de vapor.
La velocitat d’entrada a la bomba ve fixada pel diàmetre de la boca d’aspiració de la bomba, per la qual cosa aquesta disminució de pressió és atribuïble a la bomba, juntament amb la que es produeix a l’entrada del rodet, sent la resta de les pressions determinades per la pròpia instal·lació. Ordenant l’equació de manera que a un costat quedin els termes corresponents a la instal·lació i a l’altre els que es poden assignar a la bomba, tenim:
Quedant a l’esquerra l’altura neta disponible a la instal·lació just a l’entrada de la bomba, i a la dreta l’altura neta requerida per la bomba. En anglès, Net Positive Suction Head (NPSH). Escrita d’aquesta manera queda:
NPSHd >= NPSHr
El NPSHr (requerit) d’una bomba és una dada específica de cada bomba i figura a les corbes característiques que ha de facilitar el fabricant. El seu valor depèn, entre altres coses, de la velocitat de rotació i del cabal. El NPSHd depèn de la instal·lació; per evitar l’aparició del fenomen de la cavitació, s’ha de complir la relació anterior.
Per assegurar el bon funcionament de la instal·lació d’abastament, la norma UNE 23500, sobre sistemes d’abastament d’aigua contra incendis, va més enllà del que s’ha mencionat i estableix, per una banda, que el NPSHd a l’entrada de la bomba ha de ser superior a 5 m quan circula el cabal nominal de la bomba (Qnb), i per l’altra, que el NPSH disponible ha de ser superior al NPSH requerit per la bomba més 1 m com a marge de seguretat quan la bomba vehicula el 140% del cabal nominal (Qn x 1.4).
Així mateix, la norma UNE 23500 indica que s’han d’emprar bombes centrífugues horitzontals en càrrega, sempre que sigui possible, instal·lades amb pressió estàtica d’aspiració positiva. La canonada d’aspiració fins a l’arribada a la bomba s’ha d’instal·lar de manera que s’eviti la possibilitat de formació de bosses d’aire, i com a últim recurs, les bombes es poden instal·lar en condicions d’aspiració negativa, sempre que es compleixin una sèrie de requisits, com ara que la canonada d’aspiració ha de ser igual o superior a 80 mm i suficient perquè no es superi una velocitat de 1,5 m/s al punt Qnb, que cada bomba ha de disposar de la seva canonada d’aspiració independent, que la distància vertical des de l’eix de la bomba fins al nivell més baix d’aigua no superi els 3,2 m, i que cada bomba ha de disposar d’un sistema d’encebament automàtic, segons els detalls descrits en la pròpia norma UNE 23500.
Tanmateix, el més habitual i recomanable són les instal·lacions de bombeig en càrrega; hi ha normatives com, per exemple, la NFPA20, que directament no permeten bombes en aspiració negativa.
Per a bombes en càrrega, la norma UNE 23500 estableix que la canonada d’aspiració ha de ser igual o superior a 65 mm, i suficient perquè no es superi una velocitat de 1,8 m/s en el punt Qnb. També estableix que es pot emprar un col·lector comú d’aspiració per a diverses bombes i que el circuit d’aspiració ha de constar de la següent configuració, en aquest ordre:
-
- Vàlvula de comporta, amb supervisió elèctrica del seu estat (obert/tancat), amb accionament per 2 o més voltes de volant i amb indicador visual de la seva posició.
- Dispositiu antiestrès, com per exemple 2 unions flexibles ranurades, distanciades 2 diàmetres entre si.
- Reducció excèntrica d’una longitud superior al doble del diàmetre de la canonada d’aspiració i amb un angle d’obertura no superior a 20º.
