1. Visión general: qué exige el dimensionamiento
Dimensionar una bomba contra incendio no es elegir un modelo de catálogo por el caudal. La norma NFPA 20 (edición 2022) y la NBR 16704 (2024) exigen que el ingeniero responsable especifique tres bombas distintas que operan en conjunto — principal, reserva diésel y jockey — y que la bomba principal cumpla una envoltura de curva característica específica que muchas bombas comerciales NO cumplen.
Por eso, la primera regla es: comenzar el dimensionamiento conociendo lo que la norma exige de la curva, no lo que usted necesita de caudal.
- Etapa 1 — Caudal de proyecto: sprinklers (NBR 10897) + hidrantes (NBR 13714) + reserva conforme clase de riesgo
- Etapa 2 — Presión necesaria: altura geométrica + pérdidas de carga (Hazen-Williams) + presión mínima en la boquilla más desfavorable
- Etapa 3 — NPSH disponible en la succión (verificar contra NPSHr de la bomba seleccionada para evitar cavitación)
- Etapa 4 — Bomba principal: curva característica obligatoria NFPA 20 (envoltura 100/150 % de caudal al 65 % de presión)
- Etapa 5 — Bomba reserva diésel: caudal y presión idénticos + reserva de combustible conforme NBR 16704
- Etapa 6 — Bomba jockey: dimensionada para reponer fugas (1 % del caudal de la principal) con presión de arranque por encima de la principal
2. Etapa 1 — Calcular el caudal de proyecto
El caudal de proyecto de la bomba contra incendio es la suma de las demandas simultáneas de los sistemas que alimenta. Para la mayoría de las edificaciones en Brasil, esto significa: caudal de sprinklers (calculado conforme NBR 10897) + caudal de hidrantes (calculado conforme NBR 13714) + reserva de seguridad conforme clase de riesgo del emprendimiento. La NFPA 20 exige que la bomba sea dimensionada para el peor escenario de demanda simultánea, no para el promedio.
| Categoría | Riesgo NFPA 13 | Caudal sprinklers | Caudal hidrantes | Caudal total típico |
|---|---|---|---|---|
| Edificio residencial | Riesgo leve | ~570 L/min | 500 L/min | ~1.000 a 1.300 L/min |
| Hospital | Riesgo leve | ~570 L/min | 900 L/min | ~1.500 a 1.800 L/min |
| Shopping center | Riesgo ordinario grupo 1 | ~1.350 L/min | 900 L/min | ~2.500 a 3.000 L/min |
| Galpón logístico | Riesgo ordinario grupo 2 | ~1.900 L/min | 1.500 L/min | ~3.500 a 4.500 L/min |
| Refinería / terminal combustible | Riesgo extra | ~3.800 L/min | 1.500 L/min | ~5.500 a 9.000 L/min |
3. Etapa 2 — Calcular la presión necesaria (altura manométrica total)
La presión que la bomba necesita entregar (altura manométrica total — AMT) es la suma de tres parcelas: (1) altura geométrica entre el nivel de agua del reservorio y el punto más elevado del sistema; (2) pérdidas de carga distribuidas y localizadas en toda la tubería hasta la boquilla más desfavorable; (3) presión residual mínima en la boquilla, que para sprinklers convencionales es generalmente 70 kPa (7 mca) y para hidrantes puede llegar a 100 kPa (10 mca) o más conforme exigencia del Cuerpo de Bomberos estatal.
AMT = Hgeo + Hf + Pmin.
La pérdida de carga distribuida (Hf) en sistemas de incendio se calcula tradicionalmente por la ecuación de Hazen-Williams: Hf = 10,67 × (Q^1,852 / (C^1,852 × D^4,87)) × L, donde Hf es la pérdida en metros, Q es el caudal en m³/s, C es el coeficiente de Hazen-Williams (120 para tubo de acero carbono nuevo, 100 para acero con 10 años de uso, 130 para CPVC), D es el diámetro interno en metros y L es el largo equivalente en metros (tubo recto + accesorios convertidos).
La NFPA 20 y NBR 16704 aceptan Hazen-Williams para agua en régimen turbulento — no usar para otros fluidos.
Hf = 10,67 × (Q^1,852 / (C^1,852 × D^4,87)) × L
Hf = perda de carga (m)
Q = vazão (m³/s)
C = coeficiente de rugosidade Hazen-Williams
D = diâmetro interno (m)
L = comprimento equivalente (m)Ecuación de Hazen-Williams para pérdida de carga en tuberías de incendio (agua, régimen turbulento):
4. Etapa 3 — Verificar NPSH disponible en la succión
La NFPA 20 exige succión inundada para bombas centrífugas de incendio — es decir, el nivel de agua del reservorio debe estar POR ENCIMA de la línea de centro de la bomba. Esto elimina la necesidad de cebado y da margen cómodo de NPSH.
El NPSH disponible (NPSHa) se calcula por: NPSHa = Pa + Hz - Hf - Pv, donde Pa es la presión atmosférica en mca (10,33 a 0 m de altitud, descontar ~1,2 mca por cada 1.000 m de altitud), Hz es la altura entre nivel de agua y línea de centro de la bomba (positivo si inundada, negativo si aspirada), Hf es la pérdida de carga total en la succión y Pv es la presión de vapor del agua en la temperatura de operación (0,24 mca a 20 °C, 0,75 mca a 40 °C).
El NPSHa calculado debe ser al menos 1 m mayor que el NPSHr de la bomba seleccionada — ese margen de 1 m es el mínimo recomendado por el Hydraulic Institute. En sistemas de incendio, donde la bomba opera en régimen intermitente y la falla no es admisible, FB Bombas trabaja con margen de 2 m siempre que sea posible.
Si el NPSHa calculado es marginal, tres acciones lo resuelven: (1) aumentar el diámetro de la tubería de succión (reduce Hf); (2) reducir el número de codos y válvulas globo en la succión; (3) elevar el nivel de agua del reservorio (aumenta Hz).
5. Etapa 4 — La curva característica obligatoria NFPA 20
Esta es la etapa que diferencia una bomba de incendio NFPA 20 de una bomba comercial: la NFPA 20 (sección 4.8) y NBR 16704 exigen que la bomba opere dentro de una envoltura rígida de curva característica.
La bomba debe entregar: (a) 100 % de la presión nominal al 100 % del caudal nominal (punto de proyecto); (b) presión MÁXIMA del 140 % de la nominal al 0 % de caudal (shutoff — para evitar presiones excesivas en el sistema cuando todos los sprinklers están cerrados); (c) presión MÍNIMA del 65 % de la nominal al 150 % del caudal (sobrecarga — para garantizar que el sistema sigue funcionando si la demanda excede el proyecto, ej: varios sprinklers abiertos simultáneamente).
| Punto de operación | Caudal (% del nominal) | Presión exigida | Significado práctico |
|---|---|---|---|
| Shutoff (válvula cerrada) | 0 % | Máximo 140 % de la presión nominal | Limita presión excesiva en el sistema cuando la bomba opera contra red cerrada |
| Punto de proyecto | 100 % | 100 % de la presión nominal (mínimo) | Caudal y presión de proyecto — cumple la demanda calculada |
| Sobrecarga | 150 % | Mínimo 65 % de la presión nominal | Garantiza operación con varios sprinklers abiertos o demanda excepcional |
6. Etapa 5 — Dimensionar la bomba reserva diésel
La bomba reserva diésel es exigida por la NFPA 20 (capítulo 11) y NBR 16704 siempre que la bomba principal sea eléctrica y el sistema atienda ocupaciones de riesgo medio o alto. Su función es asumir el sistema durante falta de energía, quema del motor de la principal o disparo del disyuntor. El dimensionamiento hidráulico es IDÉNTICO al de la principal — mismo caudal, misma presión, misma curva característica NFPA 20.
Lo que cambia es el accionamiento (motor diésel en vez de eléctrico) y la necesidad de reserva de combustible.
Reserva de combustible (NBR 16704, ítem 6.4): el tanque debe tener capacidad para operar la bomba al caudal nominal por mínimo: 4 horas para riesgo leve; 6 horas para riesgo medio; 8 horas para riesgo alto. Para refinerías y terminales (NFPA 20, anexo A.11.4.1) la recomendación es 8 horas más reserva técnica del 5 % del volumen útil.
Ejemplo: bomba diésel 3.000 L/min en galpón logístico (riesgo medio) requiere tanque de 3.000 × 60 × 6 = 1.080.000 L de agua equivalente — convertido a diésel por la curva de consumo del motor (típicamente 0,22 L diésel por kW·h), un motor de 75 kW operando 6 h consume ~99 L de diésel. Tanque mínimo: 100 L. En la práctica, se instala 200 L para margen de arranques.
7. Etapa 6 — Dimensionar la bomba jockey
La bomba jockey es una bomba pequeña (generalmente centrífuga multietapa vertical o monoetapa inline) cuya única función es mantener la red presurizada y compensar pequeñas fugas. Cuando hay una fuga minúscula (una junta goteando, un sprinkler con micro-fuga) la presión de la red cae lentamente — y la jockey arranca automáticamente para reponer. Sin ella, cualquier fuga mínima dispararía la bomba principal varias veces al día, causando desgaste prematuro del motor eléctrico, del rodete y del sello mecánico.
- Caudal de la jockey: 1 % del caudal de la bomba principal (regla práctica NFPA 20 anexo A.4.27). Si principal = 3.000 L/min, jockey = 30 L/min
- Presión de arranque de la jockey: 7 a 14 mca POR DEBAJO del shutoff de la principal (para que la jockey actúe antes de que la principal dispare)
- Presión de parada de la jockey: al menos 7 mca por encima de la presión de arranque (histéresis mínima — evita ciclos cortos)
- Tiempo mínimo entre arranques: 1 minuto (NFPA 20 — si los ciclos son más frecuentes, hay fuga real que necesita reparación, no compensación)
8. Tres ejemplos numéricos: shopping, hospital y galpón
Para hacerlo concreto: tres ejemplos de dimensionamiento real, con caudal y presión típicos que FB Bombas proyecta en el día a día. Son escenarios simplificados — los proyectos reales incluyen además factores específicos (área operacional del sprinkler, clase de riesgo del Cuerpo de Bomberos estatal, número de pisos con sprinklers simultáneos), pero sirven para calibrar el orden de magnitud.
| Escenario | Shopping 4 pisos | Hospital 8 pisos | Galpón logístico |
|---|---|---|---|
| Caudal de proyecto | 2.700 L/min | 1.700 L/min | 4.000 L/min |
| Altura geométrica | 20 m | 30 m | 12 m |
| Pérdida de carga estimada | 25 m | 20 m | 35 m |
| Presión mínima en boquilla | 10 m (sprinkler) | 10 m (sprinkler) | 10 m (sprinkler) |
| AMT total | 55 m | 60 m | 57 m |
| Modelo FBCN sugerido | FBCN 100-250 | FBCN 80-250 | FBCN 125-250 |
| Bomba jockey | 27 L/min @ 60 m | 17 L/min @ 65 m | 40 L/min @ 62 m |
| Reserva diésel (6 h) | Tanque 150 L | Tanque 100 L | Tanque 200 L |
9. Checklist final antes de comprar
Antes de cerrar la compra de un sistema fire pump NFPA 20, valide con el fabricante esta checklist. Los ítems en rojo son reprobación inmediata por el Cuerpo de Bomberos — no acepte el equipo sin ellos:
- Curva característica certificada de fábrica conforme envoltura NFPA 20 (0/100/150 %) — REPROBACIÓN si está ausente
- Ensayo de banco NBR 13414 / Hydraulic Institute 14.6 individual de la bomba — REPROBACIÓN si está ausente
- Panel de control eléctrico certificado UL/FM o equivalente brasileño NBR 16704 — REPROBACIÓN si está ausente
- Construcción back-pull-out (mantenimiento sin desconectar tubería) — recomendado por la disponibilidad del sistema
- Margen mínimo de NPSH de 1 m (FB Bombas trabaja con 2 m en sistemas críticos)
- Alineación bomba-motor de fábrica + reporte de vibración (NBR 10082) en la entrega
- Manual técnico en portugués + curva característica + lista de repuestos recomendados
- Garantía mínima de 12 meses contra defecto de fabricación + asistencia técnica nacional