Como dimensionar a bomba de incêndio

A bomba de incêndio fecha o projeto: ela tem de entregar a vazão de projeto (os dois hidrantes mais desfavoráveis em uso) na altura manométrica que o cálculo da rede encontrou, puxando da reserva técnica sem cavitar, e partir sozinha quando um hidrante abre. Como é um equipamento que fica parado por anos e precisa funcionar na hora, as normas pedem independência de energia e supervisão: bomba principal com alimentação própria, bomba a combustão ou gerador como alternativa e a jockey que mantém a rede pressurizada.

O que a NBR 13714 pede

• Bomba centrífuga, elétrica ou a combustão (item 5.6.1), de uso exclusivo do sistema (B.1.1 e B.1.3), com capacidade em vazão e pressão para a demanda dos pontos em uso simultâneo (B.1.11), diretamente acoplada por luva elástica, com válvula de bloqueio na sucção e válvula de retenção mais bloqueio no recalque (B.1.5).
• Partida automática pela abertura de qualquer hidrante (B.1.8), por pressostato no cavalete de automatização (B.1.13.2 e figura B.2), com desligamento só manual, no próprio painel na casa de bombas (B.1.6), mais um acionamento manual em ponto seguro da edificação (B.1.7). Pleno regime em cerca de 30 s (B.1.9).
• Alimentação elétrica independente do consumo geral, para que o desligamento geral do prédio não desligue a bomba (B.2.1); na falta de energia da concessionária, gerador diesel (B.2.2). A norma exige pelo menos uma bomba, elétrica ou a combustão (B.1.1); a bomba a combustão como reserva da elétrica é prática de projeto e exigência de algumas Instruções Técnicas estaduais.
• A bomba jockey (de pressurização) mantém a rede numa faixa de pressão e compensa pequenas perdas; vazão máxima de 20 L/min (B.1.13), pressão máxima igual ao shut-off da principal e diferencial de cerca de 100 kPa entre os acionamentos sequenciais (B.1.13.1). Ela não entra no dimensionamento do combate. A IT-22 (C.1.15) a exige quando o sistema tem mais de seis saídas e a dispensa com reservatório elevado.
• Bomba de preferência afogada (sucção positiva, eixo abaixo do nível X da reserva); admite-se o eixo até 2 m acima do nível X ou a 1/3 da capacidade efetiva, o que for menor (B.1.10). Casa de bombas com acesso em volta das bombas e espaço para remover uma mantendo a outra em funcionamento (B.1.2). Não se recomendam bombas com pressão acima de 1 MPa (B.1.12).

Passo 1: ponto de operação

O ponto de operação é a dupla vazão de projeto × altura manométrica total que saiu do dimensionamento da rede:

Com bombas em paralelo (duas principais dividindo a vazão), cada uma é escolhida para $Q_{proj}/2$ na mesma altura.

Passo 2: NPSH

$NPSH_r$ é o requerido da bomba, na curva do fabricante, na vazão de projeto. A IT-22 (5.8.16) exige a verificação sempre que a bomba está em sucção negativa, com $NPSH_d \geq NPSH_r$ calculado para 1,5 vez a vazão nominal do sistema; a folga de 0,5 mca é prática de projeto. Se não fecha: baixe a bomba (afogada), aumente o diâmetro da sucção ou tire a válvula de pé.

Passo 3: potência

com $\gamma = 9\,810$ N/m³, $Q$ em m³/s, $H_{man}$ em m e $\eta$ o rendimento do conjunto (0,5 a 0,7 em bombas pequenas). O resultado em W dividido por 735,5 dá cv. É uma estimativa para a pré-seleção; o motor é o do catálogo, que já traz a folga.

Passo 4: escolha no catálogo

A curva da bomba (altura × vazão) tem de passar acima do ponto de operação, e a vazão em que ela cruza a curva do sistema é a vazão real de trabalho. A pressão de shut-off (vazão zero) tem de ser maior que a altura manométrica, porque é a pressão que a rede sente com os hidrantes fechados, e ela não pode passar o que os componentes suportam (a NBR 13714, em 5.3.7, recomenda 1 000 kPa como máximo em qualquer ponto; a IT-22, em 5.8.9, limita a 100 mca nos esguichos). Para a jockey, a faixa de trabalho fica entre a pressão de funcionamento do sistema (liga) e o shut-off da principal (desliga), com vazão pequena.

Exemplo resolvido

O edifício de escritórios: a rede deu 408 L/min (6,8 L/s, 24,5 m³/h) a 55,5 mca, com 2,0 m de altura de sucção e 0,81 mca de perdas na sucção (1,79 mca com 1,5 vez a vazão).

Como o UnMEP Ignis calcula

1. Depois do cálculo, o botão Visualizar (ou Reanalisar) da coluna Bombas abre SELEÇÃO DE MOTOBOMBA, com as abas Elétrica, Combustão e Jockey. A Vazão de Projeto do cabeçalho é a vazão total equilibrada do sistema (por bomba, se há bombas em paralelo); a altura manométrica é a Hmanométrica da tabela da aba Hidrantes (o fim da sucção).
2. Para cada bomba do catálogo da nuvem (functions.unmep.com.br/ignis/bombas, guardado por 1 hora), o Ignis traça a curva do sistema: recalcula todos os trechos (crítico, impactante e sucção) para vazões de 0,1 L/min até o dobro da vazão de projeto, em passos de 0,05 L/min, equilibrando o segundo hidrante a cada ponto, e obtém a altura manométrica em cada vazão. Com bombas em paralelo, a vazão da bomba é a do sistema dividida pelo número de bombas.
3. Uma bomba é compatível quando a curva dela cruza a curva do sistema (diferença abaixo de 0,03 mca) numa vazão igual ou maior que a de projeto e o shut-off dela é maior que a altura manométrica. As compatíveis aparecem em cartões com Potência, Vazão de trabalho (no cruzamento), Pressão shut off e Rendimento; o gráfico mostra as séries Bomba, Sistema, Ponto de Interseção e Vazão Projeto. O que não atende não aparece.
4. Jockey só depois da elétrica. Os limites vêm das Configurações › Seleção de Bombas: Vazão máxima 20 L/min; Pressão mínima = a altura manométrica da elétrica no ponto de trabalho (Utilizar pressão de funcionamento do sistema) e Pressão máxima = o shut-off da elétrica (Utilizar shut-off da bomba elétrica), ou valores digitados. A jockey compatível é a que trabalha dentro dessa faixa de pressão com vazão até o máximo.
5. O NPSHd da tabela é $10 - 0{,}27 -$ (altura manométrica da sucção), com a sucção calculada da bomba até o fim do tubo dentro da reserva. O Ignis não lê o NPSH requerido do catálogo: confira na curva do fabricante (Manual e Acessar curva de vazão do fabricante).
6. As bombas escolhidas vão para o memorial descritivo (três blocos de bomba, [POT DO MODELO ESCOLHIDO], [NÚMERO DE BOMBAS DO MODELO]). Os textos Potência Calculada: 2 cv e Rendimento: 47% da janela são fixos nesta versão: use a potência do cartão de cada modelo e o rendimento do catálogo.

Passo a passo no plugin: Como escolher a bomba elétrica, a de combustão e a jockey?, Como dimensionar os hidrantes? e Entenda: as Configurações do Ignis. A teoria de curvas, NPSH e potência, com mais detalhe, está em Como dimensionar o recalque e escolher a motobomba.

Perguntas frequentes

Qual a vazão da bomba de incêndio? A soma das vazões dos dois hidrantes mais desfavoráveis em uso: no mínimo o dobro da vazão do tipo (400 L/min no tipo 3 de São Paulo), um pouco mais porque o segundo hidrante joga acima do mínimo.

O que é a bomba jockey? Uma bomba pequena (até 20 L/min, NBR 13714, B.1.13) que mantém a rede pressurizada entre a pressão de funcionamento e o shut-off da principal. Ela cobre vazamentos e variações térmicas para a bomba principal só partir quando um hidrante abre de verdade.

Preciso de bomba a combustão? A NBR 13714 (B.1.1) e a IT-22 (C.1.1) exigem pelo menos uma bomba, elétrica ou a combustão, com alimentação elétrica independente ou gerador. A bomba a combustão como reserva da elétrica entra quando a Instrução Técnica do estado exige segunda fonte de energia e o prédio não tem gerador; ela tem o mesmo ponto de operação e, quando é a única bomba, a partida tem de ser automática (IT-22, C.3.12).

Fontes

• ABNT NBR 13714:2000, Sistemas de hidrantes e de mangotinhos para combate a incêndio (item 5.6 e anexo B: bombas, partida automática, jockey, sucção positiva, fontes de energia).
• CBPMESP, Instrução Técnica nº 22/2019, Sistemas de hidrantes e de mangotinhos para combate a incêndio (itens 5.8.16 e 5.10; anexo C: bomba principal, reforço e jockey).
• ABNT NBR 5626:2020, Sistemas prediais de água fria e água quente (instalações de recalque).
• Macintyre, A. J. Bombas e Instalações de Bombeamento. LTC, 2ª ed. (curvas, NPSH, potência).
• Brentano, T. Instalações hidráulicas de combate a incêndios nas edificações. EDIPUCRS, 4ª ed., 2011.