Hidráulica para Bomberos
MANUAL DEL PARTICIPANTE Pertenece a:
Ct. Jesús M. Espinosa, EMT-P, PHTLS, ACLS, Tec. Rescate, Tec. Matpel
Introducción Un combate de incendios exitoso, depende grandemente de los chorros adecuados y correctamente aplicados. El agua desde el punto donde deja la boquilla hasta el punto deseado, es llamado chorro contra incendio. Los operadores de bombas y oficiales deberán tener el conocimiento de hidráulica, esto permitirá el uso de chorros eficientes en las operaciones contra incendio.
Evolución.... En 1700 e inicios de 1800’s • El agua es movida de la fuente al incendio manualmente. • No habían mangueras • No existían bombas y por lo tanto no existía el concepto de presión. Inicios de 1800’s • Bombas de mano • Manguera de cuero • Limitaciones en la presión • Aparecen los accesorios y boquillas en cobre. Finales de 1800’s • Desarrollo de las mangueras de algodón. • Mayor potencia, aparece el vapor. • Aparece la producción de presión por medios mecánicos • Presión ahora disponible Actualmente • 750-1000 GPM • 150-200 PSI Presión creada facilmente • La capacidad adicional se ha incrementado en la proporción de la potencia de los nuevo camiones bombas.
Evolución de la Boquillas 1900’s • Gran variedad de boquillas, accesorios basados en flujo fijos y de un solo patrón. • Problemas de coordinación entre el operador de la bomba y el bombero. • Limitados solo a un flujo, calculado por el operador de la bomba. Hoy • Boquillas de chorro sólido • Boquillas de Chorro neblina • Boquillas de mano • Boquillas de chorros maestros • Boquillas de propósito especial
Características del Agua • Molécula compuesta de dos partes hidrógeno y una parte de oxígeno • Sólido (hielo) @< 0 ºC (punto congelación) • Liquido (agua) @ 0 a 100 ºC (punto de ebullición) • Gas (vapor de agua) @ > 100 ºC • Prácticamente incomprensible • Peso aproximado 62.5 lb/ft3 • Absorbe grandes cantidades de calor basándose en 2 leyes de la física: • Ley de calor específico: La capacidad de absorber calor de una sustancia (el agua tiene un valor de 1.00) • Calor de evaporación latente: Calor absorbido durante la evaporación de un líquido. Ventajas del Agua • Gran absorción de calor
• Abundante y disponible • Barata • 1,700:1 Relación de evaporación Desventajas del Agua • Alta tensión superficial • Reactividad con algunos materiales • Se puede congelar • Baja viscosidad • Conductor eléctrico • Pesada
Tipos de Chorros • Sólido: Alcance y penetración al fuego. • Cono de Poder o Neblina 60°: Gran absorción de temperatura, alcance medio, gran generación de vapor. • Cono de Protección o Neblina 90°: Poco alcance, gran poder de absorción de temperatura, no penetra el fuego. • Combinado: Hoy en día se han desarrollado sistemas de boquillas que permiten manejar simultáneamente un chorro directo y uno de protección, lo cual permite al bombero acercase mas a la fuente del fuego, protegido por un manto de agua.
Hidráulica Aplicada a las Operaciones Contra Incendio Definición Hidráulica: Es la ciencia que estudia el uso y movimiento de los fluidos (líquidos), en lo referente a extinción de fuego es el uso y movimiento del agua en la extinción y control de incendios.
Términos Utilizados GPM: Galones por minuto p.s.i: Libras por pulgada cuadrada P.F.: Pérdida por fricción P.B.: Presión de la bomba P.P.: Presión de la boquilla E.L.: Elevación Seis Principios de la Presión • La presión de los fluidos es perpendicular a cualquier superficie. en • La presión en un punto en un fluido, es de igual intensidad cualquier dirección. • La presión aplicada a un líquido confinado, es transmitida igual en todas las direcciones. • La presión de un líquido en un recipiente abierto es proporcional a su profundidad. • La presión de un líquido en un recipiente abierto es proporcional a su densidad. • La forma de un recipiente es irrelevante a la presión de un líquido. Tipos de Presión La presión aplicada a una superficie por la • Atmosférica: atmósfera terrestre (14.7 psi @ nivel del mar). • Cabeza: La altura del agua por encima de la descarga. • Estática: La presión de un sistema de agua antes de fluir por un hidrante o salida. • Normal o Trabajo: La presión en un sistema de distribución de agua, durante su normal consumo o demanda. • Residual: La presión que queda después de la incidencia de la gravedad, pérdida por fricción cuando el agua es forzada a través de la tubería, mangueras, etc.
• Flujo y Velocidad: Fuerza de presión que empuja en el punto de descarga el flujo de agua. • Pérdida y Ganancia por Elevación: • Boquilla por encima de la bomba = Pérdida de Presión • Boquilla por debajo de la bomba = Ganancia de Presión • 0.434 psi por pie.
Principios de Pérdida por Fricción Pérdida por Fricción: La porción total de presión que se pierde cuando es forzada el agua a fluir a través de tuberías, mangueras, accesorios, etc. • Varía con la longitud de la manguera • Varía con la velocidad • Varía con el diámetro de la manguera • P.F. También es afectada por la presión. Velocidad Crítica: Agitación turbulenta del agua, creada cuando se excede el límite. Golpe de Ariete: Energía dañina que surge cuando es detenida el agua abruptamente. Combatiendo la Pérdida por Fricción Hay varios métodos usados para vencer la pérdida excesiva por fricción en líneas de mangueras mientras trabajan en un incendio: • Reduzca la presión de la boquilla. • Reduzca el tamaño de la boquilla y mantenga la misma presión. • Conecte con siamesas las líneas de mangueras.
Calculando la Pérdida por Fricción
• • • •
PF = Pérdida por Fricción PB = Presión de la Bomba PP = Presión de Boquilla (fabricante) EL = Elevación
Pérdida por Fricción (psi) - 100 ft de Manguera
GPM
1”
125 234 250
1½” 1¾” 2½”
4”
38 150
24 96
3 12
1
300
139
18
2
400
248
32
3
1
500
50
5
2
600
72
7
3
Otras Pérdidas por Fricción (psi) • • • • • •
5”
Tubería Tubería de escalera Chorro maestro Siamesa Wye Pérdida por elevación
0-5 psi 10 psi 10 psi 10 psi 5-10 psi 5 psi/piso
Cálculo Pérdida por Fricción PF = 8 psi x 100’
Bomba PB=84 psi
Boquilla de 7/8” PP 60 psi 176 gpm
300’ manguera 2½”
PF=PB-PP-EL =84-60-0 =24 psi Cálculo Pérdida por Fricción Línea Siamesa PF =6.6 psi x 100’
Bomba 77 psi
400’ manguera 2½”
PB=PP+PF-EL =50+(4x6.6)+0 =50+27 =77 psi
Boquilla de 1¼” PP 50 psi 326 gpm
PF=PB-PP-EL =77-50+0 =27 psi
Calculando la Presión de la Bomba
• PB = Presión de la Bomba • PP = Presión de Boquilla (fabricante)
• PF = Pérdida por Fricción • EL = Elevación Cálculo Presión de la Bomba PF = 8 psi x 100’
Bomba
Boquilla de 7/8” PP 60 psi 176 gpm
300’ manguera 2½”
PB=PP+PF+EL =60+(3x8)+0 =60+24 =84 psi
GPM Descargado La extinción exitosa se logra, llevando al incendio la cantidad de agua necesaria para poder realizar un enfriamiento efectivo, considerando que mucha parte del agua se evapora antes de poder llegar a la base del fuego. Esta se mide en galones por minuto. National Fire Academy Fórmula
GPM = L x W 3
L= Longitud W=Anchura
• Eliminación en menos de 30 seg. • Multiplique por el número de pisos • Utilice las líneas y boquillas apropiadas Bombas de Vehículos Contra Incendio
Introducción Aunque existen muchos modelos y tipos de bombas, la mayoría son diseñadas para hacer el mismo trabajo, impulsar agua desde el abastecimiento al incendio y todas funcionan con los mismos principios. Bombas de Desplazamiento Positivo La bomba de desplazamiento positivo se usa raramente para producir chorros contraincendios en tiempos modernos, siendo principalmente sustituida por la bomba centrífuga. Actualmente se utilizan porque pueden bombear aire y su uso principal son como bombas cebadoras, para introducir agua en la bomba centrífuga, cuando se están realizando operaciones de succión. Aquí se incluyen las de pistón, engranes y paletas. Bombas de Desplazamiento Positivo Bombas Centrífugas La operación de una bomba centrífuga, está basada sobre el principio que dice que una rueda al girar tendrá la tendencia a tirar el agua hacia fuera, hacia las paredes de un recipiente. En una bomba centrífuga la rueda giratoria se conoce como impulsor. El recipiente en el cual opera el impulsor es la carcasa. El orificio por el centro de la carcaza es la entrada de agua y la salida esta por el lado de esta. La ventaja de una bomba centrífuga es que usará la presión entrante que viene junto con el agua. Ej. Si un chorro de agua descargada debe tener una presión de 150 psi y el agua que entra tiene 50 psi, la bomba tendrá que hacer el trabajo de producir únicamente 100 psi.
Esquema de Bomba de un Vehículo
Relevo de Bombas En algunos casos cuando se llega a un incendio, se encuentra que este esta a varios cientos de metros de distancia del abastecimiento de agua mas cercano. La pérdida por fricción total que se desarrolla en la línea de manguera es enorme, disminuyendo así grandemente la eficiencia del sistema. Para vencer la fricción dos o más bombas se conectan en línea para así eliminar la pérdida. Consideraciones en el Relevo de Bombas: • Largo y tamaño de mangueras entre bombas. • Capacidad de las bombas
• Galones por minuto que serían descargados desde la bomba al incendio. • Pérdida por fricción en la manguera desde una bomba a la otra. • Diferencia en la elevación entre bombas y elevación de la boquilla. Cálculo en el Relevo de Bombas ABASTECIMEINTO AGUA
Boquilla de 1” PP 50 psi 210 gpm
PF = 10 psi x 100’
Bomba #1
Bomba #2
1000’ manguera 2½”
1000’ manguera 2½”
400’ manguera 2½”
PB=PP+PF+EL =50+(10x10)+0 =50+100 =150 psi
PB=PP+PF+EL =50+(10x10)+0 =50+100 =150 psi
PB=PP+PF+EL =50+(4x10)+0 =50+40 =90 psi
Clasificación de los Hidrantes Clase A Amarillo C
Flujo
Color
1000 GPM o Mayor Verde B 500 a 1000 GPM Menos de 500 GPM
Rojo