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HIDRÁULICA PARA EL DEPARTAMENTO DE BOMBEROS.

Traducción: Luis Fernando Vázquez Ramírez Diseño: Luis Rogelio Orozco Aguirre.

Luis Fernando Vázquez Ramírez.

Capitulo 1 Principios de hidráulica para el Departamento de Bomberos. Agua. El principal agente extintor..................................................................8 Figuras de hidráulica básica para el departamento de incendios. ..........12 Principios de presión sobre el agua.....................................................14 Principios de presión en líquidos. .......................................................14 Punta ..............................................................................................16 Determinar la presión cuando la punta se conoce.................................16 Determinar la altura de la punta cuando la presión se conoce...............17 Presión de elevación. ....................................................................... 18 Presión de respaldo...........................................................................18 Edificios de múltiples pisos ................................................................19 Presión de avance............................................................................20 Líneas extendidas cuesta arriba o cuesta abajo.................................. 20 Elevaciones combinadas ...................................................................21 Fuerza sobre la base de un contenedor. .............................................22 Fuerza sobre válvulas tipo clapper (automáticas) ...............................23 Repaso de los ejercicios ....................................................................24

Hidráulica para el Departamento de Bomberos.

Capitulo 2 Tanques de agua y capacidad de mangueras. Pies cuadrados y Pies cúbicos ........................................................... 26 Pie cuadrado ................................................................................... 26 Pie cúbico ....................................................................................... 27 Cuadrados, rectángulos y círculos ..................................................... 27 Cuadrados ...................................................................................... 27 Rectángulos .................................................................................... 27 Círculos ........................................................................................... 27 Capacidad en volumen de los contenedores ..................................... 29 Determinar el volumen de un contenedor .......................................... 29 Capacidad de un contenedor en galones .......................................... 30 Capacidad de carga de un contenedor .............................................. 31 Mangueras contra incendios ............................................................ 32 Volumen de las Mangueras de extinción ............................................ 32 Capacidad en galones de una manguera contra incendio .................... 33 Sumario de formulas ....................................................................... 36 Repaso de ejercicios ........................................................................ 37 Examen Dos .................................................................................... 38 Capitulo 3 Abastecimiento de agua y procedimiento de prueba. Tipos de sistemas de agua. ............................................................. 40 Sistemas de gravedad. .................................................................... 40 Sistemas de Bombeo. ...................................................................... 40 Sistemas combinados. ..................................................................... 40 Sistemas de alta presión. ................................................................. 40 1


Capacidad de los sistemas. ....................................................... 41 Consumo promedio diario. ........................................................ 41 Consumo máximo diario. .......................................................... 41 Consumo máximo por hora. ...................................................... 41 Flujo requerido para incendios. ................................................. 42 Adecuación del sistema. ........................................................... 42 Confiabilidad del sistema. ......................................................... 43 Presión. .................................................................................. 43 Sistemas de distribución. .......................................................... 44 Alimentadores principales. ........................................................ 44 Alimentadores secundarios. ...................................................... 44 Distribución principal. .............................................................. 45 Tipos de tubería. ..................................................................... 45 Hidrantes. ............................................................................... 47 Provisiones de emergencia. ...................................................... 55 Abastecimiento de agua privada. .............................................. 55 Albercas. ................................................................................ 56 Abastecimiento en ríos y puentes. ............................................ 56 Camiones tipo pipa o pipas marinas. ......................................... 57 Cisternas. ................................................................................ 57 Prueba de flujos contra incendio. .............................................. 57 Cuando hacer las pruebas. ....................................................... 58 Donde hacer las pruebas. ......................................................... 58 Horas de prueba. ..................................................................... 58 Planeación de pruebas. ............................................................ 58 Equipo requerido. .................................................................... 59 Elección de los hidrantes. ......................................................... 59 Procedimiento de prueba. ........................................................ 60 Resultados inusuales. .............................................................. 62 Mapas de abastecimiento de agua. ........................................... 62 Preguntas de repaso. ............................................................... 64

Tácticas de chorros contra incendios. ........................................ 68 Chorros sólidos. ....................................................................... 69 Alcance. .................................................................................. 69 Alcance horizontal. ................................................................... 70 Alcance vertical. ...................................................................... 72 Penetración del chorro. ............................................................. 73 Triángulos rectos simlares. ........................................................ 74 La formula C2 = A2 + B2 ............................................................. 76 Chorros no sólidos. .................................................................. 77 Alcance de los chorros no sólidos ............................................... 78 Tipos de pitones combinados. .................................................... 78 Pitones automáticos. ................................................................. 80 2

Hidráulica para el Departamentol de Bomberos.

Capítulo 4 Chorros contra incendio.



Pitones de galonaje fijo o flujo constante. ................................ 82 Pitones de galonaje seleccionable o de ajuste manual. ........ ...... 82 Pitones múltiproposito. ............................................................ 82 Pitones de niebla de álta presión. ............................................. 83 Elección de pitones. ................................................................ 83 Velocidad de flujo. ...................................................... ............ 84 La formula V= 8 H ................................................................ 85 La formula V= 12.14 P ........................................................ 85 Comparación de la velocidad de flujo en la manguera contra la velocidad de flujo en la punta del pirón............... 87 Reacción del pitón. ................................................................... 88 Reacción momentánea del pitón. ............................................... 89 Reacción de pitones de niebla. .................................................. 91 Comparación de la reacción del pitón en varias boquillas. ............ 92 Reacción del pitón en escaleras. ................................................ 93 Reacción del pitón en aplicación de chorros maestros elevados..... 93 Golpe de ariete. ....................................................................... 94 Sumario de formulas. ............................................................... 95 Preguntas de repaso. ............................................................... 96 Examen cuatro. ....................................................................... 97

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Luis Fernando Vázquez Ramírez. PREFACIO La hidráulica es la rama de la Física que tiene que ver con las propiedades mecánicas del agua y otros líquidos, y su aplicación de estas propiedades en la ingeniería. La hidráulica para el departamento de bomberos involucra esencialmente la aplicación del agua y otros líquidos en los aspectos de protección contra incendios, particularmente en el combate a incendios. Las personas que estudian esta materia se dividen en dos grupos: Aquellos interesados en los aspectos de ingeniería para el combate contra incendios y aquellos responsables de generar un buen chorro en el terreno de acción. El primer grupo esta mas interesado en el porque, y el segundo en el como en la hidráulica. La intención de este libro es satisfacer las necesidades de ambos grupos a través de presentar el material de tal manera que se pueda utilizar ya sea en una clase de academia formal o hasta incluso de manera individual e independiente. Al final de cada capitulo se incluye un repaso y preguntas de examen para que los estudiantes puedan analizar su comprensión de la materia. Cuando el alumno pueda contestar y solucionar los problemas planteados sin dificultad, El bombero o la bombera podrán confiar en que han adquirido las bases para competir, incluso, en evaluaciones promociónales en el área de la Hidráulica. Sobre los años he entrevistado a muchos bomberos experimentados, y aprendices sobre lo que ellos creían que requieren de un libro sobre hidráulica. Las respuestas se repetían: muchos ejemplos, abundantes ilustraciones, y soluciones a ejercicios paso por paso. Lo que refleja el formato de este libro, es precisamente la petición de esas personas. También considere las sugerencias de muchos socios sobre el contenido y presentación del curso. Su aportación fue muy valiosa. Quizás la aportación mas valiosa que tuvimos para este manual fue la de Los Ángeles City Fire Departament por proveernos con la experiencia que es esencial para la aplicación de los principios de la hidráulica. Todo se integra por supuesto, en el campo de acción. Quiero agradecer a los siguientes individuos y organizaciones quienes tan amablemente aportaron material o sugerencias para el uso en esta edición del libro: Comandante Jim Berry, Pórtland , Oregon, Fire Department; Comandante de batallón Billy Goldfedder, Loveland Symmes, Ohio, Fire Department; Capitán Steven Gobel, Henderson, Nevada, Fire Department; teniente George Fulcher, Columbus, Ohio, división de incendios; primer oficial Jeffery T. Lindsey, M. Ed. Estereo, Florida, Rescate en incendios; fire chief Richard Marinucci, Farmington Hills, Michigan, Fire department; Steward McMillan y Rod Carringer, Task Force Tips Inc., Valparaiso Indiana; dvid Wunderlin; Robert Alderman; Russell Strikland, Maryland fire and rescue Intitute, Universidad de Maryland, Collage park, Maryland; Insurance Services Office, Jersy City, New Jersy; National fire Protection Association, Quincy, Massachusetts; Clow Corporation, Oskaloosa, Iowa; Akron Brass Company, Wooster, Ohio; Elkhart Brass Mfg. Co., Elhart, Indiana; y Pierce Manufacturing, Appleton, Wisconsin. También quiero agradecer al personal de pearson Education, particularmente a mi editor, Katrin Beacom, y a su asistente Kierra Kashickey. Y un agradecimiento especial a la Gerente de Proyectos Karen Ettinger.

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Gene Mahoney. Hidraulic for fire Deparment.

Luis Fernando Vázquez Ramírez. Introducción. El servicio contra incendios esta y probablemente siempre estará empapado en tradición. A pesar de que la fuerza de la tradición es la estabilidad, también tiene sus debilidades. La debilidad consiste en la dificultad que existe para hacer cambios en cualquier organización que se maneja a través de la tradición. Cuando ocurren cambios normalmente ocurre un largo periodo en el cual la organización queda inmersa en controversia. A pesar de esto los cambios se implementan. En los primeros años de los siglos XX, el objetivo del combate contra incendios era simplemente extinguirlos. Muchos oficiales creían que el mejor método para hacer un ataque era avanzar de frente por la puerta principal atravesando el inmueble hasta salir por la puerta trasera. Los ataques se hacían utilizando chorros directos con la creencia que dirigiendo mucho agua hacia la ubicación correcta era una de las mejores formas de extinguir un incendio a pesar de que el chorro directo funcionaba bien extinguiendo incendios, el runoff en ocasiones asciende hasta un 90% no era inusual la devolución de la propiedad a causa del daño infligido por el agua pues a veces este daño era mayor que el causado por el mismo fuego. Las compañías aseguradoras estaban consternadas con este tema así que comenzaron a contratar sus propias compañías de salvamento para los edificios que aseguraban, y así limitar el daño causado por el departamento de bomberos al utilizar agua. Después el departamento de bomberos cambio su objetivo de simplemente extinguir un incendio a extinguir el incendio con el mínimo de perdidas tanto de vidas como de propiedades. Para cambiar a este concepto las tácticas cambiaban y muchos departamentos comenzaron a contratar a compañías de salvamento para limitar las perdidas por el uso de agua. A mediados del siglo XX el ataque a incendios con líneas de mano fueron divididas en tres áreas: Incendios en lotes baldíos y en vehículos, se atacaban generalmente utilizando líneas pre-conectadas a un carrete con mangueras de ¾” a 1” en material de hule duro. Las líneas eran equipadas con un pitón combinado que podría ser ajustado manualmente para proveer un chorro directo o brisa. La fuente de agua provenía de un tanque cargado por el camión. Así la mayoría de los incendios cayeron a la categoría de incendios pequeños. El ataque normal para incendios en callejones, y pequeños centros comerciales era extender una línea de 2 ½” desde un hidrante hasta el incendio, y reducirla a dos líneas pre-conectadas tipo “Y” con una manguera de 1 ½” cada una equipada con un pitón combinado. Si la tarea requería una combinación triple el maquinista se regresaría al hidrante y proveería con la presión necesaria a los pitones.


La práctica acostumbrada era proveer una presión de 50 psi a cada pitón, el cual descarga aproximadamente 75 galones por minuto. La desventaja de este despliegue era que el maquinista se encontraba en el hidrante, lo cual dificultaba a los bomberos asegurar equipo adicional requerido del camión. Por supuesto si la compañía se divide en dos el vagón de mangueras se mantendría cerca del incendio para proveer de equipo adicional según se necesitara. Los incendios de mayor extensión situados en industrias o centros comerciales, eran atacados con líneas de mano de 2 ½” a chorro directo. La mayoría de los departamentos equipaban sus unidades con salidas de 1”, 1 1/8”, y 1 ¼”. La salida de 1” descarga aproximadamente 210 gpm, la de 1 1/8” aproximadamente 265 gpm, y la de 1 ¼” aproximadamente 325 gpm, todo una presión en el pitón de 50 psi. A simple vista parecía que el oficial a cargo tenía opciones a utilizar, dependiendo de cuanta agua creyera la necesaria para extinguir de manera efectiva. Pero desafortunadamente, no siempre funciono así. La consigna general que se seguía, era que el pistón que se eligiera desde un principio era el que se utilizaría hasta el término de la operación de extinción. Cualquier cambio de pitón, significaba tener que cerrar la línea de paso. Pocos oficiales elegían esta opción, especialmente con un incendio aun en proceso. La salida se seleccionaba dependiendo de la fuente de presión de la línea principal de abastecimiento. Comúnmente, uno de los pistones se encontraba en su configuración original, y listo para su conexión en cuanto la fuente de presión se tomara. Otros de los pistones se equipaban con una hembra doble en caso de que una presión reversiva fuera necesaria. Consecuentemente, la salida se seleccionaba dependiendo si la línea de abastecimiento provenía del hidrante al incendio o del hidrante al incendio. Las tres salidas disponibles para el caso de un chorro maestro eran de 1 ½”, la cual disparaba aproximadamente 600 gpm, una de 1 ¾” de pulgada para 800 gmp, y otra de 2” para 1100 gpm, todo a una

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Luis Fernando Vázquez Ramírez. presión de 80 psi en el pitón. En veces estos se acomodaban en una formación tipo estibada con la de 2” conectada a la fuente, la de 1 ¾” de pulgada a la de 2”, y la de 1 ½” pulgadas al final. A menos que un ultima decisión de utilizar la de 1 ¾” o la de 2” antes de cargar la línea, el primer ataque se llevaba a cabo con una de 1 ½” en la toma de salida. Para hacer este cambio se requería apagar la fuente de agua y remover la punta de 1 ½”. Esto rara vez se hacia. Años antes del término del siglo XX, se implementaron mejoras al departamento que ofrecían facilitar las operaciones. Esto combinado, genero muchas estrategias y formas de ataque. Se introdujeron tres cambios significativos, la implementación de una manguera de 1 ¾” en vez de 1 ½” para interiores, la implementación de una manguera con diámetro mas largo para líneas de abastecimiento y chorros de alto flujo, y el desarrollo de pitones automáticos para líneas booster, líneas internas y chorros de alto flujo. El estándar de presión para estos pitones era de 100 psi. No ha habido otro tipo de combinaciones de equipo que hayan impactado tanto al departamento de incendios como esta combinación. No solo mejoraron las operaciones, también facilitaron las tareas de los maquinistas. Al pitón automático también se le conocía como el pitón inteligente, y era el mejor amigo del operador. A pesar de estos cambios el pitón no quito la necesidad que tenían los bomberos, oficiales y maquinistas de entender la aplicación y principios básicos de la hidráulica aplicada. De hecho La Asociación Nacional de Protección contra Incendios (NFPA) dentro de sus requerimientos para la operación, pide a los maquinistas, según el articulo 1002, Standard of Fire Apparatus Driver/Operador Professional Qualifications (edición 1998) los conocimientos de Cálculos de Hidráulica en perdida por fricción y flujo utilizando las formulas escritas y métodos de estimación.¨ El objetivo de este libro es proveer al lector los conocimientos necesarios para lograr en el, cimientos que le permitan la comprensión y la aplicación en un tiempo adecuado de la hidráulica de incendios. Los tres cambios que afectan las operaciones del departamento, junto con los cambios en el uso de las formulas de hidráulica se han considerado y adoptado en esta edición.


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CAPITULO 1 PRINCIPIOS DE HIDRÁULICA PARA EL DEPARTAMENTO DE BOMBEROS

Objetivos:


Una vez terminado este capitulo, el lector deberá: !Entender las características del agua (elemento básico para el departamento de bomberos). !Ser capaz de discutir sobre el efecto que tiene la expansión del vapor sobre la habilidad de limpiar un área con gases humeantes y contaminantes. !Poder definir las ventajas que tiene el agua como agente extintor. !Reconocer las desventajas del agua como agente extintor. !Comprender y aprovechara las cuatro características del agua que afectan durante su uso al combate a incendios. !Saber el peso de un pie cúbico de agua, la cantidad de galones de agua en un pie cúbico, el peso de un galón de agua, la cantidad de pulgadas cúbicas dentro de un pie cúbico, la cantidad de pulgadas cúbicas dentro de un galón de agua, y el peso de una columna de agua que mide en su base 1” por 1” por 2.304 pies de altura. !Definir fuerza y presión. !Saber la diferencia entre presión estática, presión de flujo y presión residual. !Poder explicar las seis reglas que gobiernan las principales características de la presión en los líquidos. !Poder definir una “Punta”. !Determinar la presión cuando la Punta se conoce. !Determinar la Punta cuando la presión se conoce. !Comprender el efecto de la elevación sobre la presión. !Definir presión de avance y presión de respaldo. !Poder determinar la presión de avance o de respaldo cuando las líneas se extienden cuesta arriba o cuesta abajo. !Poder determinar la fuerza en la base de un contenedor. !Comprender y ser capaz de solucionar problemas que involucran la fuerza aplicada a válvulas tipo clapper.

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AGUA. EL PRINCIPAL AGENTE EXTINTOR La Hidráulica es la rama de la física que concierne las propiedades mecánicas del agua y otros líquidos así como la aplicación de sus propiedades en la ingeniería. Para los propósitos de este libro, Hidráulica para el departamento de bomberos, se define como la porción proporcional que concierne al uso del agua dentro de la protección y combate a incendios. La hidráulica para bomberos, no es una ciencia de precisión. Las formulas empíricas se utilizan generalmente para solucionar los problemas. Muchas de las cantidades utilizadas en los ejercicios fueron redondeadas por practicidad y simplificación. Independientemente de este hecho, es importante que los bomberos y otro involucrados en la prevención y el combate a incendios, se familiaricen con los principios de la hidráulica y su aplicación en el combate a incendios. El agua es el principal agente extintor dentro de la prevención de incendios. En su estado puro, el agua es una sustancia inolora, incolora e insípida. Es un compuesto químico relativamente estable, compuesto por 2 átomos de hidrogeno y un átomo de oxigeno (H2O). A pesar de tener la habilidad de extinguir el fuego bajo ciertas circunstancias, suavizar, diluir y neutralizar, su utilidad como extintor principal se debe a su capacidad y habilidad para absorber calor. Varias de las mismas características del agua afectan su

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capacidad de absorción de calor. El agua se congela a 320 F sobre un nivel del mar con presión de 14.7 psi. El hielo que se forma cuando el agua se congela se derretirá al comenzar los 0 32 F. Cuando se congela una libra de agua, 143.4 Btu de calor se liberan. Cuando se derrite una libra de hielo en el agua, se absorben 143.4 Btu de calor. Esto se conoce como la fusión latente de calor. La fusión latente de calor se define como la cantidad de calor liberado o absorbido por una sustancia conforme atraviesa las fases de líquido y solidó. El calor latente se mide en Btu o bien calorías por unidad de peso. Un Btu se define como la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una libra de 0 agua 1F. Una caloría se define como la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 1 gramo de agua 1 0C. Un Btu equivale a 252 calorías. El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor requerido para elevar su temperatura 0 1 F, o la cantidad de calorías requeridas para elevar la temperatura 0 de 1 gramo de sustancia 1 C. Desde un punto de resguardo en un incendio, el calor específico de una sustancia se debería considerar como su capacidad térmica, o su habilidad para absorber calor. El calor específico del agua es de 1.0. El calor específico del agua es mayor que aquel de otras substancias. Para elevar 1 libra de agua con una temperatura de 60F0 a los 212 F0 se requieren 152 Btu. Cuando el agua 0 alcanza los 212 F a una presión de 14.7 psi al nivel del mar, esta lista para cambiar de liquido a vapor. Calor adicional se absorbe conforme el agua Hidráulica para el Departamento deB omberos.


cambia de líquido a vapor; sin embargo, la temperatura del líquido no se incrementa. La absorción del calor adicional reduce el volumen del líquido, con esta reducción de volumen continua hasta que la ultima gota de agua se convierte en vapor. La cantidad de calor requerida para convertir 1 libra de agua a vapor es de 970.3 Btu. Esto se conoce como calor latente de vaporización. El calor latente de vaporización se define como la cantidad de calor absorbido o arrebatado conforme una sustancia pasa por las fases de líquido y gaseoso. El agua pesa aproximadamente 8.33 libras por galón (generalmente se utilizan 8.35 para la mayoría de cálculos de la hidráulica). Cuando la información concierne las cualidades de absorción de calor del agua, se combina con la información sobre el peso del agua, es fácil ver que el agua es mucho más efectiva como extintor cuando atraviesa la fase de líquido a vapor para después elevar su temperatura de 600 F hasta el punto en que hierve. Como ejemplo, la cantidad de de calor necesario para elevar la temperatura de 1 galón de agua desde 0 60F a 212 F0son aproximadamente 1266 Btu (8.33 x 152). La cantidad de calor requerido para convertir un galón de agua de sus estado liquido a vapor, son aproximadamente 8082 Btu (8.33 x 970.3). Por lo tanto nótese que Temperatura (°F) 212 400 800 1000 Hidráulicap ara el Departamentode Bomberos.

se absorbe casi 6.5 veces mas calor durante el proceso de vaporización que durante el proceso de elevar la 0 temperatura del agua de 60 F a 212 0 F. Además, el mayor grado de eficacia del agua solo se obtiene cuando el total de agua descargada al incendio ha sido convertida a vapor totalmente. Para poner esta figuras en una perspectiva, cundo la madera se quema generalmente produce entre 8000 y 9000 Btu por libra. Otro factor de importancia que se suscita cuando se transforma a vapor es su tremenda capacidad expansiva. El radio de expansión es de aproximadamente 1700 a 1 dentro de una presión atmosférica normal de 0 14.7 psi y una temperatura de 212 F. El radio de expansión por si mismo es una función de la temperatura el área 0 del incendio. A 500 F, el radio es de aproximadamente 2400 a 1. Esta expansión obliga a los gases nocivos y humeantes de la estructura envuelta y reduce la cantidad de oxigeno disponible para la combustión. El efecto que tiene la expansión del vapor sobre la habilidad de purgar un área con gases humeantes y nocivos se puede ilustrar mejor refiriéndonos a una situación de incendio. A un 90 por ciento de eficiencia, 50 galones de agua convertidos a vapor con distintas temperaturas se puede esperar que ocupen las siguientes cantidades de espacio.

Pies Cúbicos de vapor 10,000 12,000 17,000 20,000

Tamaño del cuarto. 8´x 25´x 50´ 8´x 25´x 62.5´ 8´x 25´x 87.5´ 8´x 25´x 100´ 9


Nótese que el valor principal de la expansión del vapor es la purga de aire y la reducción resultante del oxigeno disponible para la combustión; sin embargo, los incendio en materiales combustibles ordinarios se extinguen normalmente con la absorción del calor, y no por el efecto desplazante del vapor. El efecto desplazante del vapor tiende a suprimir las flamas, pero es el efecto enfriador es el que extingue el fuego. El agua es una agente extintor eficiente principalmente por su habilidad de enfriar, en ocasiones se puede utilizar para apagar incendios por medio de emulsificacion o dilución. Cuando se utiliza para emulsificar, se aplica generalmente sobre la superficie de líquidos flamables viscosos utilizando un relativamente fuerte rocío de agua. El extinguir un fuego con agua a partir de dilución es muy limitado. Por lo general, se requieren grandes cantidades de agua, lo cual restringe el método de dilución solo a situaciones donde el peligro de inundación no es un problema. El porcentaje de agua y de tiempo requerido para extinguir varia dependiendo del líquido a diluir. Aunque el agua tenga cierto número de ventajas para su uso como extintor, tiene a su vez las siguientes desventajas: 1. Superficies tensionadas, lo cual limita el penetrar algunos materiales como algodones con tejidos finos o telas impermeables.

líneas de alto voltaje. 3.- Reacciona Violentamente ciertos químicos.

con

4.- Baja Viscosidad, esta permite un rápido desplazamiento del fuego lo cual impide una pronta ubicación para extinguirlo. 5.- Habilidad para congelarse. 6.- Daños potenciales en ciertos productos, especialmente en equipo eléctrico. Además de sus habilidades para extinguir, existen varias características del agua que afectan durante el uso en el combate a incendios. Estas son las siguientes: 1El agua se podrá encontrar como Sólido, Líquido o Gas, dependiendo de la temperatura a la que se expone, normalmente se encuentra en estado líquido o gaseoso cuando se utiliza en incendios; sin embargo no podemos ignorar su habilidad para congelarse. Se debe considerar constantemente el riesgo de no disponer del agua bajo ciertas temperaturas (Figura 1.1.)

Sólido.

Líquido. Gaseoso. Figura 1.1

2-.Conductividad, esta crea la posibilidad de una descarga eléctrica para los bomberos, operando cerca de

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Hidráulica para el Departamento deB omberos.


B

A Figura 1.2.

El agua fluye.

Boquilla cerrada, el movimiento del agua cesa.

2El agua busca nivelarse como ejemplo, siempre y cuando la parte alta del contenedor estén abiertas a la atmósfera, el agua vertida a un contenedor (punto A Fig. 1.2) adquirirá eventualmente la misma forma.

incremento de presión, el agua dentro de un contenedor se trasmitirá equitativamente en todas direcciones. Este concepto se ilustra mucho más en una operación de bombeo. Si la motobomba mostrada en Fig. 1.4 bombea una presión de 60 psi con la manguera a nivel de piso y llena de agua con el pitón cerrado la presión de 60 psi se trasmitirá equitativamente por toda la manguera; por ende, los medidores de presión en puntos A, B y C, leerán 80psi (ver Fig. 1.5) ya que el Figura 1.4.

60 PSI 60

Cuando el agua se nivela, crea presión en el punto donde es detenida. En el ejemplo mostrado en Fig. 1.3, la presión se ha creado en el punto B. La cantidad de presión creada depende de la diferencia en elevación entre el punto A y el punto B. 3El agua es prácticamente incompresible. A una Presión aproximada de 30,000 psi, se requiere reducir el volumen del agua 1%. Dado a su incompresibilidad, un

60 60 Figura 1.5.

80 PSI 80

80 80

agua es incompresible, cada vez que esta sea contenida de tal manera que todo movimiento sea posible, una diferencia en presión entre dos puntos causara el movimiento del agua. Esto se ilustra en Fig. 1.6.

A

Figura 1.3.

H

B

B

Presión creada en este punto.

H Determina la cantidad de presión creada.

A

La presión en el punto A provoca que el agua se mueva hacia arriba al punto B en el tubo. Figura 1.6.


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4La densidad de una sustancia se define como su peso por unidad de Temperatura Peso P/Pie Temperatura Peso P/Pie volumen, la densidad del agua varia (°F) Cúbico (°F) Cúbico con la temperatura. El agua se encuentra en su máxima densidad 32.0 62.416 80 62.217 (peso) a una temperatura de 39.2 ºF a 39.2 62.425 90 62.118 esta temperatura, pesa 62.425 libras 50.0 62.408 100 61.998 por pie cúbicos, es lo que 60.0 62.366 150 61.203 normalmente se utiliza en los 70.0 62.300 200 60.135 incendios. la densidad (peso) es Tabla 1.1 menos de 62.425 libras por pie cúbicos a temperaturas por encima y debajo Esta tabla aplica solo en agua dulce. Agua Salada pesa 64 lpc aproximadamente a una temperatura de 39.2ºF. de los 39.2 ºF Algunas muestras de agua en varias temperaturas se muestra en la tabla 1.1. Figuras básicas de hidráulica para el departamento de Bomberos. Figura 1.7.

1’

Un contenedor con medidas de 1' X 1' X 1' tiene volumen de 1 pie cúbico (Fig. 1.7)

1’

1’

Si un Contenedor de 1 pie cúbico se llena de agua, el agua pesara 62.5 libras aprox. (Fig. 1.8)

Figura 1.8.

62.5 libras.

Si el agua de un contenedor de 1 pie cúbico se vierte a botellas de 1 galón, llenaría aproximadamente 7.48 botellas (Fig. 1.9).

Figura 1.9.

El agua de cada botella de 1 galón pesara 8.35 lbs. Aproximadamente. (Fig. 1.10). Esto se podrá sacar dividiendo 62.5 (el numero aproximado de libras en pie cúbico) por 7.48, la cantidad de galones en pie cúbico.

Figura 1.10.

Un pie cúbico, medido en pulgadas, equivale a 12” X 12” X 12”. La cantidad total de pulgadas en pie cúbico es de 1728 (12x12x12) (fig. 1.11). 12

1 galón 8.35 lbs.

Figura 1.11.

12”

12” 12”

1728 pulgadas cúbicas.



Figura 1.12. 1 galón 231 pulgadas cubicas.

Un galón de agua contiene 231 pulgadas cúbicas aproximadamente (fig. 1.12). Este resultado se da al dividir 1728 (la cantidad de pulgadas cúbicas por pie cúbico) por 7.48 la cantidad de galones por pie cúbico.

Figura 1.13.

x 144

1’

1’ 1’

1”

1’

1”

Si un pie cúbico se divide en unidades una pulgada por una pulgada como base por un pie de altura, tendrá 144 de estas unidades (fig. 1.13). Este resultado seda al encontrar el área de la parte superior del cubo (12” X 12”).

Un pie cúbico contiene 144 de 1” x 1” x 1’ unidades.

Figura 1.14.

Peso .434 libras

1’

1”

1”

Figura 1.15. Peso 1 libra.

2.304’

1”

El peso del agua por cada una de las 144 unidades dentro de 1 pie cúbico es de 0.434 libras (fig. 1.14). Esto se determina al dividir 62.5 lbs, el peso aproximado de un pie cúbico de agua por 144, la cantidad de unidades en 1 pie cúbico.

Una columna de agua que mide 1” x 1” en su base tendrá que tener 2.304 pies de alto para pesar 1 libra (fig. 1.15). Esto se encontrara al dividir 1 x 0.434.

1”


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PRINCIPIOS DE PRESIÓN EN AGUA. Fuerza (F) se refiere a la cantidad de energía aplicada a un determinado punto o punto. La fuerza se puede dar en unidades distintas, pero se expresa comúnmente en libras. Presión (P) se puede definir como fuerza por unidad de área. Si una fuerza (F) se aplica sobre la superficie de un flujo y actúa sobre un área (A) perpendicular a esta, entonces la presión se puede expresar como: P = F/A

un hidrante cuando el agua no se mueve, o sobre un a manguera con pitón cerrado registra presión estática. PRESIÓN DE FLUJO, es la presión del agua después de ser puesta en movimiento. La presión de flujo es menor a la presión estática debida a la perdida por fricción en el conductor, obstrucciones en el flujo son algunos factores. PRESIÓN RESIDUAL, es un término utilizado para expresar la presión restante en la salida del hidrante después de que el agua esta fluyendo. PRINCIPIOS DE PRESIÓN EN LÍQUIDOS.

F = PA

Seis reglas básicas gobiernan las características principales de la La presión como se calcula en presión en líquidos. los departamentos de bomberos se 1. La presión del flujo es expresa comúnmente en libras por perpendicular a cualquier pulgada cuadrada (psi), y podrá ser superficie sobre la cual actúa. considerada como la forma de medir la 2. La presión de un flujo en energía en el agua. descanso es de la misma intensidad en todas Es importante que la relación direcciones. entre presión y fuerza puedan ser 3. Presión externa aplicada sobre comprendidas claramente. un líquido confinado se transmite en todas direcciones. Una columna de agua de 2.304' de 4. La presión descendiente de un altura que mide 1” x 1” en su base, líquido dentro de un produce una presión de 1 psi en la contenedor destapado es base. Un con 1' cuadrado de base con directamente proporcional a la 2.304' de altura contiene 144 profundidad del líquido. columnas de agua de 1” x 1” (12 x 12). 5. La presión descendente de un Ya que la presión de la base es de 1 psi, líquido en un contenedor la fuerza es de 114 psi en el área de 1 destapado es proporcional a su psi, la fuerza es de 144 libras en el área densidad. total (F=PA, entonces F= 1 psi x 12” x 12” = 144 libras). La presión descendente de un líquido en el fondo de un contenedor PRESIÓN ESTÁTICA, es la presión es independiente de la forma o del agua cuando no esta en tamaño del contenedor. movimiento. Un calibrador puesto en 14

A

A

B

B

C Figura 1.16



Figura 1.17

La figura 1.16 ilustra el principio de perpendicularidad de un flujo a cualquier superficie sobre la que actúa. Mientras la presión sobre los puntos A, B y C es distinta debido a la diferencia en profundidad de agua, la presión de cada punto actúa perpendicularmente a las superficies, así lo muestra flechas en la ilustración. Si la presión no fuese perpendicular a la superficie, el agua tendería a moverse hacia abajo por los costados del contenedor; esto daría como resultado un movimiento constante. 100 PSI

desplaza. El incremento de 20 psi se transmite inevitablemente a lo largo de la manguera, lo cual resulta en una marca de 80 psi en los calibradores. La figura 1.18 muestra que el principio de la presión descendiente de un líquido en un contenedor abierto es proporcional a la profundidad. La presión en punto A, ubicada a 20' debajo de la superficie del agua es de 8.68 psi (0.434x20). La presión en el punto B, ubicada a 40' debajo del nivel del agua es de 17.36 psi (0.434x40), o al doble de la presión que a 20' del nivel. La presión en estos puntos actúa perpendicular a la superficie (costado del contenedor).

100 psi 100 psi

100 psi

Figura 1.18

20’ 40’

A

B

8.68 psi

17.36 psi

La figura 1.19 muestra 2 contenedores idénticos de 1”x1”x1'. Ambos están llenos, uno de mercurio y el otro de agua. Dado que el mercurio pesa 13.546 más que el agua, la presión al fondo del contenedor será 13.546 veces más que la presión en el fondo del contenedor de agua. Esto muestra el principio donde la presión descendiente de un líquido dentro de un contenedor abierto es proporcional a su densidad.

La figura 1.17 ilustra una situación donde se bombea con el pitón cerrado, a una presión de 100 psi. Con pitón cerrado, el agua no tiene movimiento. Mientras la línea este a nivel de piso los calibradores en distintos puntos de la manguera indicaran la misma presión. Esto nos ilustra el principio de cuando un flujo esta quieto tendrá la misma intensidad en cualquier punto o dirección. La figura 1.4 muestra una situación de bombeo a 60 psi con el pitón cerrado y la línea a nivel del 1’ piso. Las 60 psi se transmitirán a todo lo largo de la manguera y la intensidad del agua bajo presión, y quieta es la misma en cualquier dirección. La figura 1.5 muestra la misma situación, excepto que la presión se incrementara a 80 psi. Ya que el pitón se mantiene cerrado, el agua no se


5.88 psi

1’

.434 psi

1”

1” 1” Mercurio

1” Agua Figura 1.19

15


La figura 1.20 se muestran 3 contenedores de distinta forma, cada uno con una base de 1 pulgada cuadrada. El nivel de agua es el mismo en los 3 contenedores. Ya que la profundidad del agua es la misma en los 3, la presión descendiente también lo será al fondo de los contenedores.

recipiente (figura 1.21) el volumen del agua es relativamente largo, y existe una distancia considerable del recipiente al hidrante. En la ilustración del “tanque de gravedad”, el volumen de agua es relativamente corto y existe una distancia relativamente pequeña al hidrante. La distancia vertical es la misma en ambas ilustraciones, la punta es la misma.

Esto se debe a que la presión descendiente es independiente de la forma del contenedor. Este principio se puede descostrar con contenedores de uso común y formas distintas. La presión creada sobre el uso del agua de estos contenedores es a función de la distancia del nivel del agua sobre el punto de uso y es totalmente independiente de la forma del tanque.

La punta es importante pues la punta determina la cantidad de presión existente. La presión de punta ocurre debido a: (a) por cada pie de punta, el agua ejerce una presión de 0.434 psi (b) cada 2.304 pies de punta se genera 1 psi.

1 Pulgada cúbica

1 Pulgada cúbica

1 Pulgada cúbica

Figura 1.20

PUNTA (Head). La cantidad de presión creada por una bomba mecánica se puede controlar vía operador. La cantidad creada por la gravedad depende de la altura del nivel del agua encima del punto de referencia. Por ejemplo: una columna de agua de 34' de alto genera una presión de 15 psi, más o menos, sobre su base; por lo tanto, esta presión de 15 psi se puede declarar como presión de punta de una altura de 34'. La Punta (Head) es la distancia vertical desde el nivel del agua al punto considerado. Ni el volumen de agua, ni la distancia horizontal al punto considerado afecta a la punta (Head). Como ejemplo: la punta es de 120' en ambas ilustraciones de la figura 1.21. En

16

las

ilustraciones

del

120’

DETERMINAR LA PRESIÖN CUANDO LA PUNTA SE CONOCE.

Figura 1.21

El principio de la conversión de la punta a presión se utiliza en sistemas de agua por medio de la recolectar agua en recipientes y entregándola a ductos por medio de gravedad. Este principio se utiliza también para abastecer sistemas de aspersores e hidrantes exteriores en edificios industriales. Los tanques que proveen el agua a estos sistemas se eleva a cierta distancia que depende de la presión que se requiera. La presión es directamente proporcional a la punta. Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


Figura 1.22

120’

Una columna de agua de 1” cuadrada y de 1' de alto pesa 0.434 libras, a pesar de una presión de 0.434 psi sobre su base. La presión incrementa 0.434 psi por cada aumento a la punta de 1'. En la figura 1.22, la punta son 120', la presión creada se determina con la siguiente formula: Determine la presión cuando la punta es conocida. P= 0.434 H P. Presión. H. Punta. En este ejemplo H= 120’ entonces la formula queda: P= (0.434)(120) P= 52.08 psi. pregunta: La superficie del agua en un recipiente es de 176' sobre el hidrante. ¿Cuál será la presión estática dentro del hidrante creada por la punta?

Figura 1.23 40’

30’

Respuesta:

50’ 156’

120’

P=0.434 H H= 176’ P= (0.434)(176) P= 76.38 psi

200’

44’

3 aspersores se han detonado debido a un incendio en el 4 piso. La punta se encuentran a 8' sobre el piso. ¿Cual fue la presión estática en los aspersores antes de la detonación? Considera que los pisos están a 12' en uno del otro. Respuesta: siempre será mejor dibujar el diagrama de estos problemas (figura 1.23). P=0.434H H= 156’ P=(0.434)(156) P= 67.7 psi. DETERMINAR LA PUNTA CUANDO LA PRESIÓN SE CONOCE. El principio de la punta que se usa para proveer sistemas de aspersores, sistemas stand pipe, hidrantes exteriores, etc. El tanque o contenedor del agua para estos sistemas se eleva a distintas alturas dependiendo de los requerimientos de presión del mismo sistema. La punta requerida para proveer la presión deseada se determina con la siguiente formula: Determine la punta cuando la presión es conocida. H=2.304P H=punta. P=Presión.

Pregunta: Un tanque rectangular de 40' de alto esta a ¾ de lleno de agua. El fondo del tanque esta a 50' sobre el techo de un edificio de 10 pisos (figura 1.23). Hidráulica para el Departamento de Bomberos.

Pregunta: ¿Que punta se necesita para proveer una presión de 75 psi? Figura 1.24. 17


Respuesta: H=2.304P P= 75 psi H= (2.304)(75) H= 172.8 pies. Pregunta: ¿Los aspersores del tercer piso de un edificio de 3 pisos están a 30' del nivel del suelo (figura 1.25)?. ¿A que altura del nivel del piso debe estar la superficie del agua dentro de un tanque de gravedad para proveer una presión de 50 psi a los aspersores del tercer piso (figura 1.25)?

de este libro, a la presión de elevación le llamamos presión de respaldo cuando la descarga de agua se encuentra por encima de la bomba, y presión de avance cuando la descarga esta por debajo de la bomba.

Figura 1.24

H=? 75 psi

En este capitulo, presión de respaldo y presión de avance se determina por la presión real creada por la punta (P=0.434h). Esto se ha hecho para dar un incremento solidó para comprender lo que realmente ocurre en situaciones con cierta elevación. Mas adelante en el libro 0.434 se redondea a 0.5 para simplificar los ejercicios de elevación. Figura 1.25

Respuesta: primero determina la punta requerida por encima de los aspersores: H = 2.304p P = 50 psi H = (2.304) (50) H = 115.2 pies Los aspersores están a 30 pies sobre la elevación, entonces la superficie del agua debe ser 30 pies mas (+) 115.2 pies o, 145.2 pies sobre el nivel del piso. PRESIÓN DE ELEVACIÓN La presión de elevación se refiere a una pérdida o ganancia de presión cada vez que el pitón o algún otro sistema de descarga se coloquen por encima o debajo de la fuente de presión. Para los propósitos de solucionar los ejercicios de hidráulica

18

H=115.2’ 50 psi

145.2’ 30’

PRESIÓN DE RESPALDO (Back Pressure). Presión de respaldo, como lo utilizan los bomberos, esta es la presión que necesita un operador para sobreponerse a la resistencia creada por la punta cuando las líneas estén cuesta arriba, y llegar a stand pipes deck guns, o plataformas elevadas o siempre similar que va en contra de los hidrantes u otras fuentes de agua. La presión de respaldo se necesita en muchas situaciones y se determina con la siguiente formula:



Determine la presión de respaldo. BP= .434H BP= Presión de respaldo. H= Punta. Figura 1.26

85’

+ 36.89 PSI Pregunta: ¿Qué presión debe proveer un maquinista para sobreponerse a la presión cuando se descarga agua del pitón a 85 pies sobre el nivel de la bomba? (figura 1.26). Figura 1.27 Dimenciones para un edificio de múltiples pisos.

Respuesta: BP= 0.434H H= 85 pies BP= (0.434) (85)=36.89 psi

Techo 10’ Piso 6 10’ Piso 5 10’ Piso 4 10’ Piso 3 10’ Piso 2

Marco de ventana. 3’ Marco de ventana. 3’ Marco de ventana. 3’ Marco de ventana. 3’ Marco de ventana. 3’

Piso 1


EDIFICIOS DE MULTIPLES PISOS. Estos edificios se utilizan en muchos de los ejercicios de este libro. Desafortunadamente, en U.S.A no existe una medida estándar de altura de los pisos en estos edificios. Sin embargo, para solucionar estos problemas la IFSTA permite 5 psi por piso por cuestiones de perdida de elevación. Esto casi se convierte en la distancia entre un piso y otro de 12 pies (12x0.434=5.2). Sin embargo, para el propósito de lograr algún tipo estándar para estos edificios, este libro asumirá una distancia de 10 pies por piso, dividido como se muestra en la (figura 1.27). Pregunta: Un operador bombea a una tubería fija contra incendios de un edificio de 8 pisos. La salida en el techo del edificio esta a 3 pies de altura. Si la salida esta abierta, desechando la perdida por fricción en la manguera y la tubería fija, ¿Cuál es la presión mínima para el bombeo requerida para el flujo de agua en la salida? En este problema, considere 10 pies de atura por piso y al techo es lo mismo que bombear al noveno piso. La altura real sobre el nivel del piso del suelo es de piso menos o 8x10 mas 3 pies a la salida (figura 1.28). Respuesta: BP=0.434H H= 83 pies BP= (0.434)(83)=36.02 psi Esta es la respuesta a la que llegamos al usar la formula de la presión de respaldo. Más adelante en 19


Figura 1.28

el libro, 5 psi se utiliza por piso acompañado de 0.5 psi por pie para cualquier elevación por encima del techo, la respuesta a estos cambios seria: BP= (5) (8)+1.5 =41.5 psi

3’

PRESIÓN DE AVANCE. 83’ El termino presión de avance lo utilizan los bomberos para referirse a la presión auxiliar que se le da a una bomba, hidrante, o cualquier otra fuente de agua a presión donde la descarga de agua se encuentra por debajo del nivel de la presión de la fuente. Presión de avance es lo opuesto a presión de respaldo, mas se determina utilizando una formula similar: Determinando la presión de avance:

¿Qué presión requiere para que la presión de respaldo provoque el flujo de agua desde la salida del techo de un edificio de 8 pisos?

+ 41.5 PSI

- 62.06 PSI

FP=0.434h FP= presión de avance H= (head) punta

Figura 1.29

143’

Pregunta: una motobomba bombea con una manguera de 2 ½ pulgadas cuesta abajo hacia un punto que se encuentra a 143 pies por debajo del nivel de la motobomba (figura 1.29). ¿Cuál es la presión de avance apoyando a la motobomba? Respuesta: FP= 0.434h H= 143 pies FP= (0.434)(143)= 62.06 psi

20

Líneas cuesta arriba o cuesta abajo. Las líneas extendidas cuesta arriba o cuesta abajo se dice, que por lo general se extienden ya que sea hacia arriba o hacia abajo a un cierto ángulo respectivamente. Por ejemplo: la línea se puede extender en un ángulo de 10 por ciento hacia arriba o



Figura 1.30

100 ’

un ángulo de 12 por 100. El ángulo es la elevación o descenso por cada 100 pies de manguera extendida. La frase “hacia arriba un 10 por ciento de ángulo” se refiere a una elevación de 10 pies dentro de los 100. La frase “abajo 15 por ciento de ángulo” significa un descenso de 15 pies dentro de los 100. Este concepto lo ilustra la figura 1.30.

15’

10 grados.

100 ’

10’

15 grados.

Las líneas con ángulos ascendientes o descendientes resultan en presión de respaldo en contra de la motobomba o en presión de avance auxiliando la motobomba, respectivamente. La cantidad de presión de respaldo o presión de avance se determina por la punta restante. La punta es la distancia vertical de la motobomba hasta donde el agua es descargada, y puede determinarse con la siguiente formula:

Figura 1.31

Determine la punta cuando la manguera es plegada hacia arriba o pendiente abajo. H = GL H = Punta resultante. G= Porcentaje o grados. L= Largo de la línea 100 Pregunta: Una motobomba bombea a través de una línea de 2 ½” de 700 pies. La línea tiene un grado ascendiente del 12%(figura 1.31). ¿Cuál es la presión de respaldo en contra de la motobomba? Respuesta: H= GL G=12% L=700/100=7 H= (12)(7)=84 pies

+36.46 PSI

84’

(M

er gu an

a

da lga u P 0’ 70 1/2 2 de

s)

BP=0.434h = (0.434)(84)=36.46 psi

Combinación de elevaciones. Pendiente de12%

Figura 1.32

- 52.08 PSI

l adas) 400’ (2 1/2 Pug

120’

40 (2 0’ ½

400’ (2 1/2 Pulgadas)

Pu as ad lg )

Pendiente de 15%

En ocasiones, algunos despliegues (layout) habrá ángulos de las líneas ascendientes y descendientes. También habrá ángulos ascendientes y descendiente en escaleras (ladder pipes) plataformas elevadas, stand pipes, etc. La presión de avance o respaldo se determina con la punta restante. La punta es la distancia vertical de la motobomba al punto de descarga del agua.


21


Figura 1.33

Pregunta:

(2

Una motobomba bombea a través de una línea de 2 ½ de 1200 pies. Los primeros 800 pies tienen 15% de ángulo ascendiente sobre la punta de una loma, y otros 400 pies con 12% de ángulo descendiente al otro lado de la loma (figura 1.33). ¿Cuál será la presión de avance y respaldo de la motobomba?

+ 31.25 PSI

80

( 0’

2

½

as ad g l Pu

½

)

Pu 4 0 0 lg ’ ad a

s)

48’ 120’ Pendiente de 12%

72’

Punta resultante.

Pendiente de 15%

Respuesta: cuesta arriba H = GL G = 15 L=8 H = (15) (8)

Ya que la base del contenedor son 100 pulgadas cuadradas (10”x10”), la fuerza en la base del contenedor se dará de la siguiente forma:

cuesta abajo H = GL G = 12 L=4 H = (12) (4) =

120 pies

= 48 pies

Ahora, punta restante= 120 menos 48= 72 pies Entonces: BP = (0.434) (72)=31.25 psi. Fuerza sobre la base de un contenedor. La presión creada por la gravedad es directamente proporcional a la punta, y la presión (en psi) al fondo del contenedor se puede sacar al multiplicar el área de la base (en pulgadas cuadradas) por la presión creada por la punta. Por ejemplo, el agua en un contenedor lleno que mide 10” x 10” en su base por 3' de altura tendrá una presión en su base de (figura 1.34).

Determine la fuerza en la base de un contenedor. Fuerza = P (presión psi) x A (área en pulgadas cúbicos)

22

3’

P =1.302 psi A = 100 pulgadas cuadradas

10”

F = (1.302) (100)=130.2 libras

10”

Pregunta: El contenedor en la figura 1.35 tiene 5' de alto. La base se este son de 2'x4', y un área total de 8' cuadrados. Ya que existen 144” cuadradas en un pie, existen entonces 1152” cuadradas en su base (8x144). ¿Cuál es la fuerza en la base del contenedor?

Figura 1.35

5’

Respuesta: 2’

Fuerza= P(en psi)xA(área en pulg2) Donde:

P = 0.434h H =3' P = (0.434) (3)=1.302 psi

Figura 1.34

P=0.434H

4’

H=5 pies P=(0.434)(5) = 2.17 psi Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


A=1152 pulgadas cuadradas (8x144) Entonces: Fuerza= (2.17)(1152) =2499.84 Fuerza en válvulas tipo clapper.

Figura 1.36

La válvula clapper es una válvula automática en sistemas automatizados que permiten el flujo de agua en una solo dirección. Estas válvulas se utilizan en sistemas de aspersores, redes fijas y uniones tipo siamesa y tuberías con sistemas de

en cada de sus lados. Aunque, cuando la válvula esta cerrada, se requiere una fuerza mayor del lado que no esta cerrado para abrir la válvula. Este principio se muestra en la figura 1.37. Pregunta: La válvula en la figura 1.37 tiene un área de 100” cuadradas en uno de sus lados y 90” cuadradas en el otro. ¿Si la presión que mantiene cerrada es de 30 psi, que presión requiere el otro lado para abrirla? Respuesta: Para abrir la válvula, se requiere una fuerza mayor a que la mantiene cerrada. La presión que la mantiene cerrada es:

Fuerza en contra de la válvula.

Fuerza = P x A P=30 psi A= 100” cuadradas Fuerza=(30)(1000) =3000 libras

La fuerza abre la válvula.

Figura 1.37

bombeo. Las válvulas clapper abren y cierran con la diferencia de fuerzas en ambos lados de la válvula. La válvula de arriba en la figura 1.36 esta cerrada, así que el flujo del agua se detuvo. La válvula abajo se abre a partir de la fuerza del agua. Algunos sistemas hidráulicos están diseñados para permitir que la presión del agua este en presente en ambas lados de la válvula todo el tiempo. La válvula se abrirá o se cerrara, a partir de la fuerza aplicada

Área 100 pulg2

Área 90 pulg2

30 psi

30 psi

El área del costado izquierdo de válvula es mayor la válvula permanece cerrada.


La presión “P” que se requiere para abrir es la siguiente: Determinar la presión requerida para abrir la válvula clapper. P=

F (Fuerza de un lado) A (área del otro lado)

Donde: F= 3000 libras A= 90 pulgadas cuadradas. P= 3000 =33 1/3 psi 90 Nota: La presión de 33 1/3 psi genera un balance de fuerzas en ambos lados de la válvula. Será necesario incrementar un poco la presión por encima de 33 1/3 para abrir la válvula. 23


Repaso de preguntas. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24.


24

¿Cuál es el peso de 1' cúbico de agua, como se utiliza en bomberos? ¿Cuántos galones existen en un pie cúbico? ¿cuantas pulgadas cúbicas existen en un pie cúbico? ¿Cómo se determina la cantidad de pulgadas cúbicas en un pie cúbico? ¿Cuántas pulgadas cúbicas existen en un galón? ¿Cómo determinas la cantidad de pulgadas cúbicas de un galón? ¿Cuál es el peso del agua en una columna de 1”x1” de base por 1' de altura? ¿Cómo se determino el peso del agua de la columna de la pregunta # 7? ¿Cuál es la altura de una columna de agua que mide 1”x1” en su base y pesa una libra? ¿Cómo se determino la altura de ka columna de agua en la pregunta # 9? Define presión de flujo. Define presión estática. Define presión residual. ¿Cuál es la definición de “punta” como se utiliza en consideraciones de presión de agua? ¿Cuál es la formula para encontrar la punta cuando se conoce la presión? ¿Cuál es la formula para saber la presión cuando la punta se conoce? Define presión de respaldo. ¿Cuál es la formula para la presión de respaldo? Define presión de avance. ¿Cuál es la formula para encontrar la presión de avance? ¿A que se refiere 10% de ángulo y, 15% de ángulo descendente? ¿Cuál es la formula para encontrar la punta cuando el ángulo y la longitud de la línea se conoce? ¿Cuál es la formula para encontrar la fuerza en la base del contenedor? ¿Cómo se encuentra la presión requerida para abrir una válvula clapper cerrada por una fuerza mayor del lado opuesto?


CAPITULO 2 TANQUE DE AGUA Y CAPACIDAD DE MANGUERAS. Objetivos. Al término de este capitulo, el lector deberá:


 Entender la variedad de tanques que se utilizan en la extinción de incendios. Poder determinar el área de un cuadrado, el área de un rectángulo y el área de un círculo cuando se tiene las dimensiones. Poder determinar el volumen de un contenedor rectangular. Poder determinar el volumen de un contenedor cilíndrico. Poder determinar las capacidades en galones de un contenedor rectangular o cilíndrico. Poder determinar la capacidad de peso de un contenedor rectangular o cilíndrico. Poder determinar el peso o cantidad de agua en mangueras de diferentes tamaños.

25


Los tanques de agua se utilizan en el campo de combate a incendios sobre las motobombas, en establecimientos industriales, y dentro de sistemas de abastecimiento de muchas ciudades. El norma 1901 de la NFPA contiene recomendaciones para la contracción de tanques para uso en motobombas. La norma nos recomienda que estos tanques manejen un minuto de 500 galones de capacidad, excepto en motobombas con escaleras aéreas o plataformas elevada; aquí el mínimo podrá ser 150 galones. Inicialmente las motobombas de ataque contienen un mínimo de 200 galones y los vehículos de abastecimiento, mínimo de 1000 galones. Por lo general los tanques usados en las motobombas son rectangulares. La mayoría están hechos de platico. Los tanques rectangulares se utilizan en los establecimientos industriales para guardar agua, y en las ciudades como abastecedores de agua para sus sistemas. Los tanques de succión o de gravedad son los más comúnmente utilizados en estos sistemas. Los tanques de gravedad tienen su techo de forma elíptica, esférica, o en cono. Los tanque de gravedad hechos en acero tienen medidas estándar de 30'000 hasta 50'000 galones de capacidad. La capacidad estándar para tanque de madera va desde 30'000 hasta 1000 galones. Los tanques más viejos están ubicados de tal forma, que las mangueras podrán ser utilizadas directamente de los hidrantes abastecidos por el tanque, este deberá 26

de tener mínimo de 30'000 galones de capacidad, y la instalación fue diseñada para que este a 75' sobre el suelo. Los tanque de succión hechos de acero utilizados para abastecimiento, eran por lo general cilíndricos. Las medidas comunes para estos van de 50'000 a 1'000,000 de galones. Mientras siga teniendo un valor practico para los bomberos el poder determinar la capacidad de los tanques de agua cuando conoces las dimensiones, esta habilidad ayudara a dar cimientos básicos para la compresión de la hidráulica. Este capitulo esta hecho para proporcionar esos conocimientos.

Figura 2.1 Un Pie cuadrado

1’

144 “ cuadradas

1’

Figura 2.2 Los conocimientos básicos no se presentan como algo nuevo, sino como punto de partida para llegar a lo mas complejo y a lo desconocido. Esta información básica se presenta para determinar el volumen y capacidades de contenedores rectangulares y cilíndricos cuyas dimensiones se miden en pulgadas en vez de pies.

Un Pie cúbico

1’ 1728” cúbicas

1’ 1’

Pie cuadrado y pie cúbico. Un pie cuadrado es la superficie plana con 4 lados que miden 1' y con ángulos rectos (90) grados. Una pulgada cuadrada es una superficie plana con 4 lados de 1” y con ángulos rectos de (90). Existen 144” cuadradas en un pie cuadrado (ver figura 2.1). Cualquier superficie plana igual al área de un pie cuadrado se dice que tendrá 1' cuadrado de área. Cualquier área plana que tenga un área Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


Figura 2.3 Un cuadrado S

equivalente a aquella definida como una pulgada cuadrada se dice que tendrá 1” de área.

90°

90° S

Pie cúbico. S

90°

90° S

Figura 2.4 Tres pies cuadrados

3’

Un cubo es una forma especial de un prisma rectangular.

Cuadrados.

Figura 2.5 Un rectángulo

Área=lw

w

l

Un rectángulo es una superficie laga y plana con lados paralelos y 4 ángulos 90 grado. El área del rectángulo se determina con esta formula:

Determine el área de un Su longitud, ancho y largo son rectángulo. iguales. Un pie cúbico es de 1' de largo, 1' de ancho y 1' de alto. Una Área =lw pulgada cúbica es de 1” de largo, 1” de l = longitud ancho y 1” de alto. Existen 1728” w = ancho cúbicas en 1' cúbico (ver figura 2.2). En el rectángulo de la figura 2.6, Cualquier contenedor con el mismo volumen que un pie cúbico Área =LW tendrá el volumen de un pie cúbico. Un contenedor con el mismo volumen que Donde: L=6 pies una pulgada cúbica, tendrá un W= 4 pies 2 volumen de una pulgada cúbica. Área=(6)(4)=24 pies CUADRADOS, RECTÁNGULOS Y CÍRCULOS.

3’

Rectángulos.

Un cuadrado es la superficie plana con 4 lados iguales y con 4 ángulos rectos de 90 grados (figura 2.3). “Área” es la extensión de la superficie de una superficie plana. El área de un cuadrado puede determinarse con la siguiente formula:

Círculos. Un circulo es una figura plana formada por una línea curva, donde todos los puntos sobre la línea curva tienen la misma distancia del centro (figura 2.7). El área del círculo, según los cálculos de los bomberos, se expresa en pies cuadrados o en pulgadas cuadradas y se puede determinar con esta formula: Determinar el área de un círculo.

Determinarse cuadrado.

Figura 2.6 Un rectángulo de 4’ por 6’

el área de un Donde

Área = 0.7854 D2 : D= diámetro

o

Área = a π r2

Donde:

R= radio.

2

Área = S S = Lado

Área= 24 pies 6’

2

4’

Donde: . En el cuadrado de la figura 2.4, 2 Área = S S = 3 pies. 2 Área = (3) (3) = 9 pies


La formula que se usa es área = 0.7854 D 2. Esto surgió seguramente al

27


usar la formula del circulo al querer desarrollar la formula para la descarga de agua de un pitón. Aparentemente, la formula de descarga se deberá expresar con términos del diámetro de un pito en vez del radio de la punta de un pitón. Las medidas para los pitones de chorro directo se expresan en términos del diámetro en pulgadas. Por ejemplo: ¾, 5/8 ,1” y 1 ¼. En el círculo de la figura 2.8,

Por ejemplo: El área del circulo de 1” = 0.8”. El área del circulo de ½ = 0.2”. Entonces

Figura 2.7 Un círculo.

0.8/0.2 = 4 D

Figura 2.8

Área = 0.7854 D2 D = 3 pulgadas Área = (0.7854)(3)(3) Área=7.07 pulgadas cuadradas Pregunta: ¿Cuantas pulgadas cuadradas existen en una punta de ½ pulgada? (figura 2.9).

3”

Figura 2.9

Respuesta: ½” 2

Área=0.7854 D D= 0.5” Área= (0.7854)(0.5)(0.5) Área= 0.1964 ó 0.2 pulgadas. Figura 2.10 Pregunta: ¿Cuántas pulgadas cuadradas existen en una punta de 1 pulgada? (figura 2.10).

1”

Respuesta: 2

Área = 0.7854 D D = 1” Área = (0.7854) (1) (1) Área= 0.79 ó 0.8 pulgadas Nota: cuando el tamaño de la punta se duplica, el área se vuelve 4 veces mayor.

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CAPACIDAD DE VOLUMEN DE CONTENEDORES. Como se utiliza en este libro, el “volumen” se refiere al espacio dentro de las superficies de los contenedores sean rectangulares o cilíndricos. El volumen de los tanques de agua se expresa en pies cúbicos, mientras el volumen de una manguera se expresa en pulgadas cubicas.

Figura 2.11 Un contenedor rectangular.

h W L

DETERMINAR EL VOLUMEN DE CONTENEDORES. El volumen de los contenedores, sean rectangulares o cilíndricos es igual al área de su base por altura del contenedor. Ya que la base de un contenedor rectangular es rectangular y de un cilindrico es circular, el volumen de los dos contenedores se determinará con la siguiente formula:

Figura 2.12 Un contenedor cilíndrico.

D

Pregunta: ¿Cual es el volumen de un contenedor rectangular que mide 11’ de largo por 7’ de ancho por 8’ de alto? Figura 2.13). Respuesta: Volumen= LWh L= 11’ W= 7’ h= 8’ Volumen = (11)((7)(8) Volumen = 616 pies cúbicos. Pregunta: ¿Cual es el volumen de un contenedor cilíndrico con 12’ de diámetro y 18’ de alto? (Figura 2.14). Respuesta:

Determinando el volumen de un contenedor rectangular (Fig. 211).

H

Volumen= LWh Donde:

Volumen= 0.7854D2 H Donde: D = 12’ H = 18’ Volumen = (0.7854)(12)(12)(18) Volumen = 2035.76 pies cúbicos.

L= Longitud. W= Ancho. h= Alto. Determinando el volumen de un contenedor cilíndrico (Fig. 2.12). Volumen= 0.7854D2 H 8’

Figura 2.13

18’

Figura 2.14

Donde:

Volumen ¿?

11’

12’

7’

D= Diámetro H= Altura.


29


CAPACIDAD DE CONTENEDORES EN GALONES.

Capacidad en Galones = (7.48)(13,464) = 13,464 galones.

La capacidad de un contenedor en galones cuya medidas son en Pies, se determina encontrando el volumen del contenedor y multiplicandolo por 7.48, la cantidad de Galones por Pie cúbico, esto se expresa en la siguiente formula:

Pregunta:

Determinar la capacidad en galones de un contenedor. Capacidad en galones= 7.48V

La alberca de un vecindario, se esta considerando como una fuente de agua para emergencias (Fig. 2.16). La alberca es rectangular, tiene 40’ de largo y 15 de ancho. La profundidad promedio es de 5’ aproximadamente. ¿Cuanta agua contiene la alberca?. Respuesta: Capacidad en galones = 7.48V

Donde: V= Volumen en Pies Cúbicos. Pregunta: ¿Cuantos galones de agua contiene un contenedor rectangular si su base mide 10’ por 10’ por 18’ de alto? (Figura 2.15).

Figura 2.15

18’

Donde: V= LWh L= 40 pies. W= 15 Pies. h= 5 pies.

10’ 10’

Figura 2.17

Primero determine el volumen. Volumen= (40)(15)(5) = 3000 pies cúbicos.

Respuesta: Capacidad en galones = 7.48V V= Lwh Primero determine el volumen. Volumen = (10)(10)(18) = 1800 pies cúbicos.

Galones ¿?

Capacidad en galones = 7.48 (3000) = 22,440 galones.

12’

25’

Galones ¿?

Pregunta: ¿Cuantos galones de agua puede tener un contenedor cilíndrico con diámetro de 12’ y 25’ de alto? Figura 2.17 Respuesta:

Figura 2.16 5’

V= 0.7854D2 H D = 12’ H 0 25’

40’

30

Capacidad en galones = 0.7854V

15’



Primero determine el volumen. Primero determine el volumen. Figura 2.18

Volumen= (0.7854)(12)(12)(25) = 2827.44 pies cúbicos. Capacidad en galones = (7.48)(2827.44) =21,149.25

22’ Peso ¿?

15’

Figura 2.19

Capacidad de peso de los contenedores. La capacidad de peso de los 12’ contenedores para agua cuyas medidas están en pies, se puede determinar al encontrar el volumen del contenedor y multiplicarlo por 62.5, que es el peso de 1’ cúbico de agua. Esto se expresa con la siguiente formula:

Volumen = (15)(12)(22) = 3960 pies cúbicos. Capacidad de peso = (62.5)(3960) = 247,500 libras. Pregunta: ¿Cual es el peso del agua dentro de un contenedor cilíndrico lleno, cuyas medidas son 15’ de diámetro por 30’ de altura? (Figura 2.19) Respuesta: Capacidad de peso= 62.5V

15’

Determinando el peso de un contenedor. Donde:

Donde:

V= 0.7854D2 H D= 15 pies H= 30 pies.

V = Volumen en pies cúbicos.

Primero determine el volumen.

Pregunta.

Volumen =( 0.7854)(15)(15)(30) = 5301.45 pies cúbicos.

Capacidad de peso = 62.25V 30’

Peso ¿?

¿Cual es el peso del agua dentro de un contenedor rectangular con base Capacidad de peso = (62.5)(5301.45) = 331,340.63 libras. de 12’ por 15’ por 22’ de alto, y si el contenedor esta lleno? (Figura 2.18) Respuesta. Figura 2.20

Capacidad de peso: 62.5V Donde: V= Lwh L= 15 pies W= 12 pies h= 22 Pies


50’ - 2 ½”

Volumen ¿?

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MANGUERAS. Las mangueras utilizadas para el combate de incendios varían en sus medidas, desde 3/4” hasta 6”; las medidas más comunes por lo general para uso manual, aparte de las de booster son 1 ½”, 1 3/4”, 2” y 2 ½ pulgadas. La medida real del diámetro de una manguera cuando esta operando en un incendio es mayor al especificado dado la expansión causada por la presión. La expansión depende, sobre todo, del tejido de la manguera y la presión. La construcción del tejido de la manguera también afecta su peso; las mangueras con fibras sintéticas son mucho más resistentes y ligeras que las viejas mangueras tejidas de algodón. Uno de los objetivos de este capítulo, es ofrecer un vistazo a la capacidad de las varias medidas de estas mangueras. El entender su capacidad nos provee cimientos más sólidos para evaluar situaciones que involucren el movimiento de las mangueras cagadas, en particular el desplazamiento de estas mangueras a pisos superiores de edificios de múltiples pisos. VOLUMEN DE MANGUERAS. Una sección de manguera es simplemente un contenedor cilíndrico. La diferencia básica entre este tipo de contenedor cilíndrico y un para almacenar agua, es la unidad de medición. El volumen de un tanque de agua se mide en pies cúbicos y el volumen de las mangueras cilíndricas en pulgadas cúbicas, quitando esto, la

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misma formula es utilizada para determinar el volumen. Pregunta: ¿Cual es el volumen de agua de una sección de manguera de 50 pies de 2 ½”? (Figura 2.20). Respuesta: Volumen = 0.7854D2 H Donde: D = 2.5 pulgadas. H = 600 Pulgadas (50 pies X 12 Pulgadas) Volumen = (0.7854)(2.5)(2.5)(600) = 2945.25 pulgadas cúbicas. Capacidad en galones de las mangueras. La capacidad en galones de las mangueras se da al encontrar el volumen en pulgadas cúbicas y dividir el volumen por 231 que son la cantidad de pulgadas cúbicas en un galón. Esto es expresado por la siguiente formula: Determinando la capacidad en galones de una manguera Capacidad de galones = Volumen (en pulgadas cubicas) 231 Pregunta: ¿Cuantos galones de agua contiene una manguera de 1.5” con 100 pies de extensión? (Figura 2.21)



Respuesta.

Respuesta:

Capacidad en galones =

Capacidad en galones =

Volumen (en pulgadas cubicas) 231 Donde:

Volumen (en pulgadas cubicas) 231 Donde:

2

2

V= 0.7854D H V= 0.7854D H D = 1.5 pulgadas. D = 3 pulgadas. H = 1200 pulgadas (100 pies X 12 H = 1200 pulgadas (100 pies X 12 pulgadas) pulgadas) Primero determine el volumen.

Primero determine el volumen.

Volumen = (0.7854)(1.5)(1.5)(1200) = 2120.58 pulgadas cúbicas.

Volumen = (0.7854)(3)(3)(1200) = 8482.32 pulgadas cúbicas.

Capacidad en galones= 2120.58 231 = 9.18 galones

Capacidad en galones= 8482.32 231 = 36.72 galones Nota: Una manguera de 3” contiene 4 veces más agua que una de 1 Pregunta. ½” (36.72/9.18 = 4). Esto ilustra uno de ¿Cuantos galones de agua los principios que se debe recordar. Si la contiene una manguera de 100’ por 3”? medida de la manguera se duplica tiene una capacidad 4 veces mayor de carga. (Figura 2.22). Pregunta: Figura 2.21

100’ - 1 ½”

¿Cuantos galones de agua contiene una sección de 100’ de manguera de 6 “? (Figura 2.23)

Galones ¿?

Respuesta: Figura 2.22

100’ - 3”

Capacidad en galones = Volumen (en pulgadas cubicas) 231

Galones ¿? Figura 2.23

100’ - 6”

Galones ¿?


33


Donde: V= 0.7854D2 H D = 6 pulgadas. H = 1200 pulgadas (100 pies X 12 pulgadas) Primero determine el volumen. Volumen = (0.7854)(6)(6)(1200) = 33929.28 pulgadas cúbicas. Capacidad en galones= 33929.28 231 = 1 4 6 . 8 8 galones Nota: Observe primero que una manguera de 6” contiene cerca de 1.5 galones de agua por pie. Segundo, una manguera de 6 pulgadas es 4 veces mayor a una manguera de 1.5”, pero carga 16 veces más agua. Esto ilustra el punto en que la capacidad de carga de una manguera incrementa a la par del incremento cuadrado de su medida. Incremento = 6 1.5 = 4 Cuadrado del incremento dado 16

Determinando la capacidad de peso de una línea de manguera. Capacidad de peso= Galones X 8.35 Pregunta: ¿Cuanto pesa una manguera llena de agua de 2.5” y 100 pies de largo? (Figura 2.24). Respuesta: Capacidad de peso = Galones X 8.35 Galones = V(En pulgadas cubicas) 231 Donde: V= 0.7854D2 H D = 2.5 pulgadas. H = 1200 pulgadas (100 pies X 12 pulgadas) Primero determine el volumen de la manguera. Volumen= (0.7854)(2.5)(2.5)(1200) = 5890.5 pulgadas cúbicas.

2

4=

CAPACIDAD DE PESO DE LAS MANGUERAS CONTRA INCENDIO. El peso del agua dentro de una manguera se determina al encontrar la cantidad de agua dentro de esta y multiplicarla por 8.35 libras, que es el peso de un galón de agua.

Después determine la cantidad de galones de agua en la manguera. Galones = 5890.5 231 = 25.5 Capacidad de peso = (25.5)(8.35) = 212.93 libras. Figura 2.24

100’ - 2 ½”

Galones ¿?

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Pregunta:

Nota: Una manguera de 5 pulgadas contiene un galón de agua por ¿Cuanto pesa el agua que llena pie. El peso del agua de una manguera una manguera de 5” por 100’ de largo? incrementa a la par de su capacidad de carga. Si el tamaño de la manguera se (Figura 2.25) duplica, el peso del agua se incrementa cuatro veces. El peso del agua en una Respuesta. manguera de 5” por 100’ (851.7) es cuatro veces más grande que una Capacidad de peso= Galones X 8.35 m a n g u e ra d e 2 ½ ” p o r 1 0 0 ’ (851.7/212.93=4). Galones = V(En pulgadas cubicas) 231 Donde: 2

V= 0.7854D H D = 5 pulgadas. H = 1200 pulgadas (100 pies X 12 pulgadas) Primero determine el volumen de la manguera. Volumen= (0.7854)(5)(5)(1200) = 23562 pulgadas cúbicas. Después determine la cantidad de galones de agua en la manguera. Galones = 23562 231 = 102 Capacidad de peso = (102)(8.35) = 851.7 libras.

Figura 2.25

100’ - 5”

Galones ¿?


35


Sumario de formulas: Área de un cuadrado. 2 Área = S Donde: S= Lado. Área de un rectángulo. Área = LW Donde: L= Longitud. W= Ancho. Volumen de un contenedor rectangular Volumen= LWh Donde: L= Longitud. W= Ancho. h= Alto. Volumen de un contenedor cilíndrico . 2 Volumen= 0.7854D H Donde: D= Diámetro H= Altura. Capacidad en galones de un contenedor. Capacidad en galones= 7.48V Donde: V= Volumen en Pies Cúbicos. Capacidad de peso de un contenedor. Capacidad de peso = 62.25V Donde: V = Volumen en pies cúbicos. Capacidad en galones de una manguera Capacidad de galones = Volumen (en pulgadas cubicas) 231 Capacidad de peso de una manguera. Capacidad de peso= Galones X 8.35

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Preguntas de repaso. 1.- ¿Cual es la formula utilizada para encontrar el volumen de un contenedor cilíndrico? 2.- ¿Cual es la formula utilada para encontrar el volumen de un contenedor rectangular? 3.- ¿Como se determina la capacidad en galones de un contenedor rectangular? 4.- ¿Como se determina la capacidad en galones de un contenedor cilíndrico? 5.- ¿Como se determina la capacidad en volumen de una manguera? 6.- ¿Como se determina la capacidad de peso de un contenedor rectangular? 7.- ¿ Como se determina la capacidad de peso de un contenedor cilíndrico? 8.- ¿Como puede la capacidad en galones ser cambiada en capacidad en peso? 9.- ¿Como se puede cambiar la capacidad de peso a capacidad de galones?

Examen dos. ¿Cual es el área de un rectángulo de 14’ de largo y 9’ de ancho? ¿Cual es el volumen de un contenedor rectangular de 18’ X 11’ X 13’? ¿Cual es al área de un círculo de 13’ de diámetro? ¿Cual es el volumen de un contenedor circular que tiene un diámetro de 15’ y una altura de 22’? 5.- ¿Cuantos galones de agua puede contener un recipiente rectangular que mide 12’ X 13’ X 17’? 6.- ¿Cual es la capacidad en galones de un contenedor cilíndrico con un diámetro de 14’ por una altura de 20’? 7.- ¿Cual es el peso del agua en un contenedor rectangular que mide 22’ X 18’ X 30’? 8.- ¿Cual es el peso del agua en un contenedor cilíndrico lleno, con un diámetro de 30’ y una altura de 60’? 9.- Si un contenedor tiene una capacidad de 1246 galones de agua, ¿Cual es el peso del agua dentro del contenedor? 10.- Si un contenedor cilíndrico, cuando esta lleno contiene 28,346 libras de agua, ¿Cuantos galones de agua podrá contener? 11.- ¿Cual es el peso del agua dentro de una manguera de 2” po 50’? 12.- ¿Cuantos galones puede contener una manguera de 4” por 10’? 13.- ¿Cual es el peso del agua dentro de una sección de manguera de 50’ por 3”? 14.- ¿Cuantos galones de agua se encuentran en una sección de 3.5” por 50’? 15.- ¿Cuantos galones de agua se encuentran en una sección de 1 3/4” por 50’?


1.2.3.4.-

e

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CAPÍTULO 3 ABASTECIMIENTO DE AGUA Y PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA. Objetivos: Al terminar este capítulo el lector deberá: ! Ser capaz de explicar las características del sistema de agua por gravedad, el sistema de bombeo de agua, sistema de agua combinado y sistema de agua de alta presión. ! Poder definir consumo promedio diario, máximo consumo diario y el consumo máximo por hora. ! Poder discutir los flujos contra incendio requeridos. ! Entender la diferencia entre adecuación de sistema y confiabilidad del sistema de abastecimiento de agua. ! Poder discutir la distribución de abastecimiento de un sistema, incluyendo los alimentadores principales, secundarios y sus ductos de distribución. ! Entender la variedad de tubería utilizada en un sistema de distribución de agua. ! Entender los marcajes recomendados para hidrantes. ! Poder identificar los varios tipos de sistemas de abastecimiento para emergencias.


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El agua es la sangre dentro de un Departamento de Bomberos. Sin un sistema de abastecimiento adecuado, los Bomberos no podrán llevar a cabo su función principal, extinguir incendios. Es importante que cada miembro del Departamento de Bomberos asignado al área operativa, este muy familiarizado con los sistemas de abastecimiento y distribución que existen en su comunidad*.Esto es totalmente cierto para aquellos responsables de lanzar chorros efectivos de agua. A pesar de su experiencia como Bombero, un oficial podrá estar, en ocasiones, si él o ella no tienen conocimiento sobre su fuente de abastecimiento de agua. Debido a la perdida inesperada del agua, muchos edificios han sido consumidos por el fuego, mientras que otras fuentes de abastecimiento, desconocidas para el oficial a cargo de la operación, han quedado inutilizadas. Algunas comunidades enteras o porción de ellas han sido calcinadas cuando terremotos repentinos rompen ductos de agua dejando a los Bomberos sin su agente principal. Quizá una preparación adecuada pudo haber reducido los daños en alguna de estas circunstancias. Las instalaciones de abastecimiento de agua emergentes Pre - desastre, junto con el establecimiento de operaciones de relevo pudieron haber sido necesarias; al llevar acabo estos pasos, el Bombero puede ahorrarse la frustración de sentirse impotente al ver que el fuego consume todo. Este capítulo resalta los elementos básicos para un sistema de

abastecimiento de agua y presenta también métodos prácticos para hacer pruebas de la capacidad en varias secciones del sistema de distribución. A pesar de que algunas comunidades, por su zona, tendrán limitantes en su sistema de abastecimiento que nos podrá llevar a verdaderos retos cuando ocurran grandes incendios, nuestras referencias se basan en lo ideal y en los estándares recomendados. Y será solo a través de las planeaciónes que podremos evitar desastres bajo esas circunstancias. De lo primero que se debe hacer al planear es identificar las áreas de la ciudad donde se podrían presentar problemas. La identificación de las áreas con deficiencias deberá incluir aquellas áreas donde nos enfrentemos a problemas solo con una respuesta inicial y aquellas donde puede ocurrir incendios mayores y, por consecuencia, se requerirán altos volúmenes de agua. En las áreas donde la presión residual puede ser baja y es difícil obtener suficiente flujo de los hidrantes, se deberá considerar responder con pipas en la primera alarma. Las pipas se utilizarán para asegurarnos con una cantidad razonable de agua en nuestras primeras operaciones contra el incendio mientras que se toman medidas suplementarias para incrementar el flujo disponible en los hidrantes. Fuentes de abastecimiento suplementarias, tales como albercas, lagos, ríos y el agua de servicio adyacente deberán ser identificadas y planeadas para ser capaz de trasladar el agua desde su fuente hasta las

* En este capítulo, Comunidad se refiere a una ciudad, colonia, un distrito con protección contra incendios, o cualquier jurisdicción del gobierno que ofrece protección contra incendios a sus ciudadanos.


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motobombas, áreas deficientes de distribución y al mismo incendio.

confiable, el sistema de bombeo es muy seguro.

TIPOS DE SISTEMAS DE AGUA.

SISTEMAS COMBINADOS.

Los dos sistemas básicos son el sistema por gravedad y el sistema por bombeo directo. Los sistemas de distribución en muchas comunidades dependen de la combinación de ambos sistemas.

La mayoría de las comunidades se abastecen de ríos, otros cuerpos de agua o pozos y utilizan una combinación de sistemas para su distribución. Algunos sistemas toman su agua de distintas fuentes y la bombean a un contenedor; desde ahí pasa al sistema de distribución por medio de gravedad. Otros sistemas toman su agua de presas que pueden estar a millas de un sistema de distribución y dependen de bombas para generar la presión en los sistemas de distribución. Otro sistema combinado eficiente depende de un sistema por gravedad para proveer presión en las operaciones de rutina pero utiliza una bomba para elevar la presión cuando la demanda en el sistema es extraordinaria. Muchos sistemas combinados están diseñados para que la bomba accione cada vez que la presión llega a un mínimo predeterminado. Algunos cuentan con un sistema manual para incrementar la presión cuando lo solicitan los oficiales.

SISTEMA POR GRAVEDAD. En un sistema por gravedad, el agua se almacena en algún punto elevado por encima del sistema de distribución y llega a él por medio de la gravedad. El sistema por gravedad más confiable es donde el agua se almacena en un contenedor y alimenta el sistema de distribución sin tener que depender en ningún momento de bombas. Desafortunadamente, pocas comunidades tienen la posibilidad de este sistema. Los sistemas por gravedad dependen de la diferencia de elevación entre su contenedor y el punto de distribución para generar la presión necesaria para uso domestico o para incendios. SISTEMAS DE BOMBEO. Los Sistemas de Bombeo dependen de bombas para proveer la presión necesaria y sobreponerse a las perdidas por fricción y brindar la presión necesaria al incendio. La planta de bombeo para tales sistemas esta ubicada cerca de la fuente de abastecimiento. A pesar de que un sistema vía gravedad es más

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SISTEMAS DE ALTA PRESIÓN. En alguna comunidades, los sistemas de distribución de agua para incendios están completamente divorciados de los sistemas de distribución domesticas. Muchos de estos sistemas independientes están diseñados como sistemas de alta presión. Los sistemas de alta presión provén a los hidrantes altos niveles de presión todo el tiempo. Esto permite el uso de chorros efectivos provenientes de los hidrantes sin tener que depender de motobomas para incrementar la presión. Un sistema de alta presión puede ser por gravedad, de



bomba o una combinación de los dos. Debido a la alta presión en estos sistemas, se utilizan ductos, válvulas e hidrantes especialmente diseñados. CAPACIDAD DE LOS SISTEMAS. A excepción de aquellas comunidades que cuentan con un sistema independiente para incendios, el sistema de agua cumple la doble función de proveer agua para uso domestico y para el comate de incendios. Aunque esta doble función del sistema no va de acuerdo con los principios del buen uso para el combate de incendios, es el sistema que más ha prevalecido en los Estados Unidos.

CONSUMO MÁXIMO DIARIO. El consumo máximo diario de agua consumida por una comunidad durante un periodo de 24 horas por tres años. Un día no basta para determinar el consumo máximo diario si una excesiva cantidad de agua fue utilizada en alguna situación no esperada, como por ejemplo el llenado de un contenedor después de su limpieza. El consumo máximo diario se encuentra normalmente entre 150 y 200 porciento de el promedio de consumo.

El agua para sistemas domésticos incluye lo necesario para aljibes, instalaciones comerciales, plantas industriales y todo tipo de instalaciones. El agua en estas instalaciones se utiliza para sanidad, procesos industriales, agricultura, etc. Este propósito dual del sistema de agua deberá ser capaz de proveer suficiente agua para el combate de incendios y a la vez satisfacer las demandas de consumo más altas con fines domésticos. El consumo con fines domésticos se divide en tres categorías: Consumo Promedio Diario, Consumo máximo diario, y consumo máximo por hora.

En algunas comunidades, el sistema de agua puede ser abastecida por dos o más fuentes ubicadas en distintos puntos de elevación sobre la comunidad. Por ejemplo, una parte de la comunidad puede ser abastecida por un contenedor que esta a 3000 pies sobre la comunidad, a su vez, otra parte podrá ser abastecida por un contenedor a 2300 pies sobre la comunidad. A estos recipientes se les denomina niveles de servicio y proveen diferentes presiones de flujo en la comunidad. Cada vez que un sistema cuenta con dos o más niveles de servicio (como en el último ejemplo), se le debe considerar durante el periodo de evaluación al consumo máximo diario del nivel de servicio evaluado.

CONSUMO PROMEDIO DIARIO.

CONSUMO MÁXIMO POR HORA.

El Consumo Promedio Diario de agua para una comunidad se determina dividiendo la cantidad total de agua consumida en un periodo anual por los días del año.

El Consumo Máximo por Hora es el consumo máximo de agua que se puede dar en el transcurso de alguna hora del día. El consumo máximo por hora puede variar entre el 150 y 400 porciento del consumo promedio por hora en un día pico.


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FLUJO REQUERIDO INCENDIOS.

PARA

Por años, el termino Flujo Requerido para incendios er´s utilizado por varias organizaciones profesionales tales como la National Fire Association (NFPA), yInsurance Servce Associaton para definir las normas de flujo contra incendio requeridos por una fracción individual de propiedad o alguna sección específica de algún municipio. Sin embargo en el nuevo programa de clasificación de supresión de incendios, el termino “Flujo Necesario para incendios” es ahora utilizado para este propósito. El autor esta de acuerdo con este cambio. Donde “Requerido” denota un arreglo mandatario al cual se le asocia una p e n a l i d a d p o r n o c u m p l i r l o, “Necesario” sugiere una recomendación para el desarrollo de un sistema adecuado para la protección contra incendios. Por lo tanto este libro utilizará el termino “Flujo necesario para incendios” en vez de “Flujo requerido para incendios” cuando sobresaltemos las normas para la protección contra incendios”. Sin embargo el lector deberá tener en mente que para todos los fines prácticos, “Flujo requerido para incendios” y “Flujo necesario para incendios” son sinónimos. Los sistemas de agua deberán ser diseñados para abastecer el flujo para incendios necesario para cada sección de la comunidad mientras se encuentre el uso domestico en su punto de consumo diario máximo. El flujo necesario para incendios es la cantidad de agua requerida para el propósito de combate de incendios y

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así poder confinar un incendio mayor. El flujo varia desde la sección de alguna comunidad a otra dependiendo del tamaño, construcción y la exposición de los edificios dentro o al rededor de una cuadra o complejo. El flujo mínimo para incendios individual en cualquier área dentro de una comunidad son 500 gpm, y el máximo son 12,000 gpm. El mínimo de 500 gpm es básicamente para áreas no congestionadas, y los 12,000 gpm son para zonas industriales o zonas céntricas de ciudades grandes. Se recomiendan los flujos adicionales de 2,000 a 8,000 gpm normalmente para incendios simultáneos. A pesar que el flujo necesario para incendios pueda parecer en ocasiones excesivo, las estadísticas muestran que el uso del agua en incendios excede ocasionalmente el flujo necesario para incendios generalmente aceptado. Por ejemplo, se utilizaron aproximadamente 3,500 gpm para extinguir un incendio de maderas el 20 de mayo de 1958 en la ciudad de Seatle, 50,000 gpm en el incendios de stockyard en chicago el 19 de mayo de 1934. En el incendio de Stockyard en Chicago, se utilizaron un total de 106 motobombas a la vez. Este record de motobombas casi fue igualado durante los tumultos de los Angeles en 1965. ADECUACIÓN DEL SISTEMA. Un sistema de agua se considera adecuado cunando puede entregar el flujo necesario para incendios con la duración de horas recomendadas mientras el consumo diario domestico se encuentra a su máximo. La cantidad de horas varía con el flujo necesario para incendios. Por ejemplo, La duración recomendada son dos horas cuando el flujo necesario para incendios es de 2,500 gpm o menos, y la



duración recomendada para flujo necesario para incendios de 10,000 gpm o menos de 10 horas.

de abastecimiento hasta los distritos principales de la comunidad. PRESIÓN.

La habilidad para proveer el flujo deseado depende ampliamente en el tamaño de tubería utilizada en los sistemas de agua. Una tubería de 6” se considera la medida más pequeña recomendada para uso general, se deberá evaluar el incremento de capacidad con una tubería más ancha. Lo siguiente es un ejemplo del efecto al incrementar el tamaño de la tubería: Si el diámetro es: Doble. Triple Cuádruple Quíntuple

La capacidad de carga se incrementa: 6 veces. 18 veces. 40 veces. 73 veces.

CONFIABILIDAD DEL SISTEMA. Un sistema de agua se considera confiable cuando puede proveer el flujo necesario para el incendio por la cantidad de horas recomendadas y con el consumo domestico diario a su máximo bajo ciertas condiciones de emergencia o inusuales. Por necesidad, debe haber una cierta cantidad duplicada en un sistema para poder ser considerado confiable. Por ejemplo, Un sistema debe ser diseñado de tal manera que pueda seguir abasteciendo el flujo necesario para un incendio cuando un contenedor de reserva esta fuera de servicio por limpieza, o una bomba en reparación, o que la tubería tuvo que ser cerrada a causa de roturas. Un sistema confiable cuenta con dos o más líneas de abastecimiento extendidas por diferentes rutas que van desde la fuente


Desde el punto de vista del Departamento de Bomberos, el objetivo de un sistema de agua es proveer los suficientes volúmenes de agua a la presión adecuada a los pitones disponibles para los incendios que se presenten en cualquier parte de la comunidad. En la mayoría de los casos, las motobombas se utilizan para tomar el agua de los hidrantes a la presión en que se encuentre y multiplicarla a la presión requerida por los pitones. Para sobreponerse a las perdidas de presión por fricción en el hidrante, el hidrante mismo y la manguera de succión que va a la motobomba, tienen un mínimo aceptable de 20 psi en su presión de flujo. A pesar de que el mínimo aceptable es de 20 psi de presión, el rango normal de presión en muchas comunidades es de 65 a 75 psi. La presión dentro de este rango es muy adecuada para el consumo diario en la mayoría de los edificios que llegan a los 10 pisos y también es suficiente para proveer los sistemas de aspersores en edificios de 5 pisos. Cuando se incrementa la presión por encima de 75 psi, existe una tendencia a ocasionar fugas en la tubería domestica, además un sistema de agua ordinario esta diseñado para manejar presiones de 150 psi, así que una presión mayor a los 150 psi se considera excesiva. Cuando se tiene tal presión, por lo general es necesario

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utilizar válvulas reductoras de presión para así mantener los niveles de presión bajo límites de seguridad. SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN. Para cualquier sistema de agua utilizado para el combate de incendios, se debe desarrollar un sistema de distribución para transferir el agua desde la fuente o almacén a los hidrantes estratégicamente distribuidos por la ciudad. Así, las motobombas se conectan a los hidrantes e incrementan la presión para un chorro efectivo. En sistemas más pequeños, cabe la posibilidad de transferir el agua directamente de su fuente a los alimentadores que están conectados a los hidrantes. Sin embargo, el agua en sistemas más grandes, atravesará por tres clasificaciones distintas de alimentadores conforme viaja de la fuente al hidrante. Las clasificaciones de los alimentadores son los siguiente: Alimentadores principales, alimentadores secundarios y distribución principal. ALIMENTADORES PRINCIPALES. Los alimentadores principales son tubos largos que se usan para trasladar agua desde una fuente de abastecimiento o almacenamiento hasta los alimentadores secundarios. El tamaño de los alimentadores principales puede variar entre 48 pulgadas en las grande ciudades y en comunidades pequeñas de 12 pulgadas. Independientemente del tamaño, los alimentadores principales deben contar con la capacidad de entregar los flujos necesarios para un incendio dentro de las áreas de la

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comunidad cuando esta se encuentra en un momento de consumo máximo diario. Las reservas de agua deben tener suficientes alimentadores principales de tal manera que un cierre temporal de agua no sea una perdida de importancia para el sistema de distribución. Donde sea posible, los alimentadores principales deberán tener más de una fuente de abastecimiento para asegurar una confiabilidad máxima del sistema. Si solo se tiene una fuente disponible, entonces se tendrá un mínimo de dos alimentadores principales para trasladar el agua desde la fuente hasta el sistema de distribución. Estos alimentadores principales tendrían rutas diferentes para llegar al área de la comunidad deseada. ALIMENTADORES SECUNDARIOS. Los alimentadores secundarios son más pequeños que los principales, pero más largos que la tubería utilizada en o tro s s is te m a s . La funció n de l alimentadores secundario es reforzar el sistema de distribución. Los alimentadores secundarios atan los sistemas en red a los alimentadores principales para auxiliar el incremento del flujo requerido en cualquier punto de la red local. Cuando sea posible, los alimentadores principales deberán tener un retorno para que el agua abastecida al distribuidor principal provenga de dos direcciones. Los términos “retorno” (looped) y “Conexión cruzada” (Cross conected) son simónimos. Hacer un retorno en el abastecedor principal incrementa la capacidad y confiabilidad de todo el sistema. Los distribuidores secundarios para un sistema bien diseñado no deberán tener más de 3,000 pies de separación. Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


DISTRIBUCIÓN PRINCIPAL. La distribución principal se usa para proveer agua directamente al hidrante y a varias localidades de una comunidad con fines domestico. Los ductos deberán tener una conexión cruzada para proveer una red por toda la comunidad. En un sistema bien diseñado, el agua que abastece a los hidrantes proviene por lo menos de dos direcciones distintas. Además un retorno en los ductos sustancialmente duplica la capacidad y la confiabilidad. Se recomiendan distribuidores de 12 pulgadas para las avenidas principales, con conexiones cruzadas de 8 pulgadas cada 600 pies para distritos de negocios. El tamaño mínimo recomendado para abastecedores en áreas residenciales es de 6 pulgadas estos deberán estar también cruzados por intervalos no mayores a 600 pies. A pesar de que el ideal para todos los distribuidores es mínimo 8 pulgadas, existen en muchas colonias, no solo las viejas, sino también en zonas residenciales recientes ductos de 6 pulgadas o menos. Distribuidores cerrados, que abastecen agua desde una sola dirección, existen en comunidades limitando el agua destinada a los incendios. Mientras que los Oficiales de Bomberos se siguen acostumbrando a vivir con los sistemas de agua disponible, es esencial hacer planes para identificar y ajustar las deficiencias de estos sistemas a las demandas que exceden las operaciones cotidianas. Tal vez los oficiales tengan que adaptarse a las deficiencias existentes con planes extensos, pero de


ninguna manera deberán dejar de establecer los estándares de control mínimo con los que tengan que cumplir las construcciones nuevas. TIPOS DE TUBERÍAS. La tubería en los ductos esta hecha de asbesto-cemento, hierro forjado, hierro dúctil, concreto reforzado, plástico y acero. Todos los tubos deberán cumplir con los requerimientos de la AWWA. La tubería que se usa en sistemas de distribución de agua depende de la presión con que se trabaja y las condiciones bajo los cuales la tubería será trabajada. Tubería de asbesto-cemento. Mucha de la tubería en este material fue instalada de 4 y 12 pulgadas de diámetro como una alternativa no corrosiva y económica para los sistema de agua Americanos en los años 50, 60 y 70 en vez de los tubos de acero forjado. Cuando se descubrió que una enfermedad pulmonar fatal era a causa de respirar fibras de asbesto que flotaban por los aires, se impusieron restricciones para trabajar con asbesto. Los tubos de asbesto-cemento dejaron de ser la preferencia de muchos y la llegada del PVC fue la opción para la mayoría de los sistemas de agua. Aunque hoy día se instalan pocas veces tubos de asbesto, miles de millas de este material siguen en los sistemas de agua hasta la fecha por todo el país. Tubo de hierro forjado. Se selecciona el tubo de hierro forjado cuando las condiciones de

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presión e instalaciones están en su máximo. Este tubo puede soportar hasta 350 psi. El tubo está sujeto a corrosión por el agua; sin embargo, el tiempo inicial de corrosión es similar al del acero. Después de varios años de exposición, el tiempo de corrosión cambia un poco con el del acero. Tubo de hierro dúctil. El tubo de hierro dúctil tiene la cualidad de resistir la corrosión al igual que el hierro forjado, y su fuerza y ductibilidad se asemejan al acero. Bajo condiciones ordinarias, debido al alto costo de instalación del acero, el uso de hierro dúctil es preferible. Tubo de concreto reforzado. Este tubo se utiliza sobre todo para las instalaciones de distribución; sin embargo es utilizado en conductos y acueductos largos. Ya que se utiliza primeramente para trasladar grandes cantidades de agua, por lo general solo esta disponible en 24 pulgadas o más Tubo de acero. El acero se utiliza en ductos de agua por su fuerza. Es una ventaja muy particular sobre todo donde la instalación esta sujeta a cierta presión por impactos en vías ferroviarias, autopistas, maquinaria industrial, etc. o incluso en áreas donde el peligro de movimientos telúricos es mayor. Se recomienda también para suelos inestables o en áreas con zanjas profundas. La desventaja principal del tubo de acero es su costo elevado de instalación.

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Tubo de plástico (PVC). El PVC utilizado en sistemas de agua puede ser elaborado de acuerdo a las especificaciones de la AWWA, el cual sobresalta el criterio de tubería para 100, 150 y 200 libras de presión. El tubo de plástico aprobado es muy útil en lugares donde existe la posibilidad de corrosión. El PVC no esta sujeto a la corrosión o a generarla a causa de otros materiales. Es muy útil en áreas donde se puede anticipar la descarga, cambios u otros movimientos del suelo. Algunas comunidades requieren que toda la tubería nueva de 4 a 18 pulgadas de diámetro sea de PVC o hierro dúctil. Válvulas. Se deben instalar válvulas de control en los sistemas de distribución de agua en puntos e intervalos estratégicos que permitan apagar el sistema o controlar el flujo según las necesidades. La válvulas de compuerta (ó tipo mariposa) que se pueden operar con llave inglesa son las más usuales (Fig. 3.1). Figura 3.1



corrijan éstas. Los espacios entre una válvula y o t ra d e b e n p e r m i t i r p e q u e ñ o s segmentos del sistema para reparación sin desproteger ningún área. Se recomiendan que se instalen suficientes válvulas para que una rotura o disfunción del sistema no requiera que se cierre una extensión mayor a 500 pies dentro de zonas comerciales, 800 pies para zonas residenciales o u 1/4 de milla para arterias principales. Bajo condiciones normales, las válvulas del sistema de distribución deberán ser operadas por miembros de la comisión de agua. Sin embargo, los bomberos cargan consigo herramientas que pueden servir para cerrar alguna válvula en caso de emergencia. Antes de ordenar el cerrado de las válvulas, el oficial debe estar conciente de lo que resultará al tomar esta acción. HIDRANTES. Los hidrantes son las terminales de un sistema de abastecimiento y distribución de agua para el combate de incendios. Los hidrantes deben ser diseñados apropiadamente y ubicados estratégicamente para explotar el potencial de un sistema de distribución. A pesar de esto, muchos de los hidrantes están mal ubicados e impropiamente elaborados. Podremos encontrar hidrantes con salidas en un sentido opuesto al requerido, apartados de un camino pavimentado, o a tan baja altura que no permite el uso de la herramienta, obstruidos por árboles o postes. Es importante que los Oficiales del Departamento de Bomberos y los de la comisión de agua coordinen sus esfuerzos para asegurarse que se


Los estándares para los hidrantes están preparados por la AWWA. Un hidrante estándar esta diseñado para trabajar a una presión de 150 psi y esta probado hidrostáticamente a 300 psi. Un hidrante instalado con una toma de 2 ½ pulgadas deberá ser capaz de producir un mínimo de 250 gpm con una perdida de presión no mayor a 1 libra entre el ducto y la salida. Aquellos hidrantes con dos salidas de 2 ½ pulgadas podrán generar un mínimo de 500 gpm con una perdida de presión no mayor a 2 libras entre el ducto y la salida. La salida de 4 pulgadas debe tener por lo menos 1000 gpm de capacidad con una perdida de presión no mayor a 5 libras entre el ducto principal y la salida. Los hidrantes deben estar instalados a la medida, con la salida inferior a una distancia del piso apropiada que permita el uso de la herramienta para hidrantes. También es bueno dejar un claro de 3 pies al rededor del hidrante por lo menos. Casi todos los hidrantes nuevos se instalan de acuerdo a las normas de la AWWA, mientras con muchos de los ihidrantes operando en los EU operando hoy día no es así. Los Bomberos a cargo deberían revisar junto con la comisión del agua todos los hidrantes para determinar cuales no cumplen con las normas, ya que a simple vista no se pueden identificar. Se puede esperar mucha perdida por fricción en estos hidrantes. Esta perdida se puede determinar con

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el chequeo del sistema. La cuerda de los hidrantes deberá ser de acurdo con normas nacionales. Todos los hidrantes deben tener tapas de protección cuando no se estén utilizando. Además de proteger la cuerda, las tapas de los hidrantes tipo barrir seco evita la entrada de material externo y que se descargue el agua de las salidas que no se usan cuando la válvula esta abierta.

Se recomienda que todos los hidrantes tengan un mínimo de dos salidas por si alguna se daña. Es mejor tener en el hidrante una salida que posibilite la succión desde la motobomba. A pesar de que se recomiendan hidrantes con doble salida, aun existen un gran numero de hidrantes con una sola salida en muchas partes del país. Existen dos tipos de hidrantes operando en el país, de barril húmedo y barril seco. Algunas de las variaciones de estos dos modelos con los cuales los bomberos deben estar familiarizados son del tipo Flush; de alta presión y secos. HIDRANTE TIPO BARRIL HÚMEDO. El hidrante tipo barril húmedo (Le llaman también tipo California) esta lleno de agua todo el tiempo disponiendo de agua en cuanto se abre su válvula (Fig. 3.2) El uso del hidrante tipo barril húmedo, se limita en áreas donde el riesgo de congelación no exista. Estos hidrantes cuentan con una válvula de 48

compresión en cada una de sus salidas, aunque algunos modelos se diseñaron solo con una válvula en la tapa, la cual controla el flujo de agua en todas sus salidas. El modelo más sencillo del barril húmedo es uno al que comúnmente le llaman built-up. Un hidrante Built-up consiste de una tubería común (Normalmente de 4” de diámetro) para la derivación que topa con una válvula angular. (Fig. 3.3). Algunos hidrantes Built-up utilizan una tubería de 6 pulgadas para la derivación y están equipados con 2 salidas de 2 ½” y una conexión para motobomba. Si el hidrante solo cuenta con una salida, es recomendable que sea una salida para motobomba. Los hidrantes tipo barril húmedo están disponibles en varias medidas y formas; aunque todos operan de la misma forma (Fig. 3.4). Algunos de los hidrantes han sido fabricados para cumplir con las exigencias demandadas por los oficiales de la ciudad, pero todos cumplen con los requerimientos generales de capacidad. formas; aunque todos operan de la misma forma (Fig. 3.4). Algunos de los hidrantes han sido fabricados para cumplir con las exigencias demandadas por los oficiales de la ciudad, pero todos cumplen con los requerimientos generales de capacidad.

Figura 3.3

Figura 3.2

Los hidrantes tipo barril húmedo están sellados hasta su base como una unidad. Esto permite un remplazo sencillo si el hidrante se daña. Los daños ocasionados a los hidrantes por conductores inconscientes no son inusuales. Desafortunadamente cuando un vehículo derriba un hidrante tipo barril húmedo, la descarga de agua es muy prolongada similar a la de un geiser y dasafortunadamente la perdida es grave.



Figura 3.4

Además de la perdida de agua, se pueden ocasionar daños a propiedades cercanas. Por lo menos un fabricante ha diseñado un hidrante de barril húmedo que hará una interrupción en caso de que fuese derribado (Fig. 3.5).

Figura 3.5 Válvula break Off.

La imagen 3.6 ilustra la instalación de un barril húmedo. La conexión a la calle no deberá ser menor a 6 de diámetro para uso ordinario, y de 8 pulgadas de diámetro para hidrantes equipados con salida a la motobomba. Se requiere una válvula entre el ducto principal y el hidrante para que se pueda cerrar el hidrane en caso de reparación sin tener que cerrar todo el ducto principal. Es mejor sellar la válvula a la tee que la linea principal. Esto elimina la posibilidad de una ruptura entre la válvula y el ducto principal, lo cual requeriría que se cerrase el ducto principal hasta que pueda ser reparada la tubería.

Figura 3.6 Instalación típica del barril húmedo.

Hidrante.

Válvula de compuerta

Conexión a la calle.

HIDRANTE TIPO BARRIL SECO. El hidrante tipo barril seco es el más utilizado. En este hidrante, La válvula que controla el agua se encuentra por debajo de la línea de flotación. Aquí el barril del hidrante se encuentra seco excepto cuando se usa. La base del hidrante tiene una válvula de drenaje, la cual permite vaciar el barril después de su uso. La válvula de drenaje esta diseñada para que abra cuando la válvula principal se cierre y que cierre cuando la válvula principal abra. Es importante que este tipo de hidrantes se instalen sobre suelos que permitan un buen drenaje. Si el agua del barril no se drena apropiadamente puede ocasionar que se congele el agua dejando al hidrante inoperable. Si se anticipan problemas cuando se instala un hidrante nuevo, este debe estar ubicado sobre una zanja de piedra. La zanja, la cual debe medir 2 pies de diámetro y 2 pies por debajo de la base del hidrante, debe llenarse con grava o piedra y ubicadas al rededor del barril y varias pulgadas por encima de la salida del drenaje. Este tipo de instalación permite un drenaje apropiado y evitan que piedra o arena tapen la salida del drenaje. Uno de los tipos de válvulas de drenaje consiste en una esfera que gira sobre un asiento cuando entra el agua al hidrante bajo presión. Esta esfera previene que fugue el agua. Cuando se apaga el hidrante, la esfera se desplaza permitiendo que el agua salga del barril. Si la válvula de drenaje esta por debajo del nivel del piso del agua, le

Línea principal.


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puede entra tierra y agua que pueden congestionarla; además existe la posibilidad de que el agua dentro del barril se congele (Fig. 3.7). El barril seco tiene otra ventaja sobre el barril húmedo además de eliminar la posibilidad de que se congele el agua dentro del barril. Si en un accidente el barril seco es arrancado de su base, la válvula de control se mantiene cerrada evitando la perdida del agua, Sin embargo eta característica tiene su desventaja. En algunos casos ha ocurrido que se encuentran grietas en las partes bajas y altas del barril seco con estos aun en su lugar. Cabe la posibilidad de que estas grietas pasen desapercibidas hasta que se requiera utilizar el hidrante. Una rotura de este tipo nunca pasaría desapercibida en un hidrante de barril húmedo. HIDRANTES TIPO FLUSH. Los hidrantes tipo Flush, son aquellos en los cuales las salidas y las válvulas de control están ubicadas por debajo del nivel del piso. Se utiliza una placa de metal para cubrir la caja hecha en hierro forjado en donde se tiene el hidrante. En la tapa nos encontramos con la palabra Fire Hidrant. La tapa debe ser lo suficientemente fuerte para resistir el peso del trafico y lo suficientemente ligera para que se pueda quitar fácilmente. El hidrante tipo flush puede ser del tipo barril seco o húmedo, depende del lugar donde se instale. Por lo normal el hidrante solo tiene una salida pero en otros podemos encontrar dos. 50

Figura 3.7

El tipo Flush se utiliza principalmente en aeropuertos, rampas de carga y corredores largos. Estos hidrantes no se recomiendan para un uso cotidiano, sin embargo la existencia de estos en los aeropuertos brinda más capacidad a los Bomberos para enfrentarse a grandes incendios. Existen objeciones muy fundamentales para el uso general de estos hidrantes tipo Flush. Una de estas, es el tiempo que se lleva la motobomba para conectarse a un hidrante; la otra es la complejidad para instalarlo en el lugar donde se necesita. Ya que este hidrante se encuentra por debajo del nivel del piso, cualquier cosa puede bloquear su acceso, un coche estacionado sobre este, o nieve cubriendo su acceso (Fig. 3.8). HIDRANTES DE ALTA PRESIÓN. Los hidrantes de alta presión se instalan sorbre los ductos de alta presión independientemente al abastecimiento domestico. La presión disponible dentro de estos hidrantes varia dependiendo de la ciudad, pero normalmente estarán dentro de los 150 a 300 psi. Los hidrantes están diseñados para ser extra pesados y con hasta cuatro salidas. La lineas que se usan para combatir los incendios pueden extenderse directamente desde estos hidrantes sin utilizar motobombas.

Figura 3.8

Ocasionalmente, por su ubicación particular en el sistema de abastecimiento, podremos encontrarnos con presiones extras en sistemas de distribución ordinarios. El uso de estos hidrantes por un maquinista que desconozca estas presiones extras, puede terminar por dañarla motobomba, algún



otro equipo o ambos. Algunos Departamento de Bomberos han identificado estos hidrantes y les han puesto marcas especiales, unos les pintan las tapas de rojo. HIDRANTES SECOS. Los hidrantes secos no están conectados a fuentes de agua con presión positiva, En algunas partes del país se les llama hidrantes de succión. Tales hidrantes se encuentran en áreas rurales y su ubicación esta para que puedan succionar agua de albercas, lagos, ríos y otros. Su apariencia se asemeja a un hidrante normal. En esencia, los hidrantes secos se instalan permanentemente como líneas rígidas de presión. Un tubo se extiende desde el hidrante hasta el cuerpo del agua, un filtro se instala al final de la tubería. Todas las conexiones están selladas. Cuando una motobomba se conecta procede a la succión como si hubiera bajado una línea rígida al agua.

Figura 3.9

El usar hidrantes secos tiene dos ventajas principales. Una es que el agua se obtiene más rápido cuando estas operaciones se vuelven necesarias. La segunda es que no es necesario conectar varias líneas rígidas para llegar al agua (Fig. 3.9).

Estos son varios factores que se deben considerar cuando se planean nuevos hidrantes. Estos hidrantes pueden ser una porción del sistema normal de bastecimiento de agua o ser diseñados para ser parte del sistema de abastecimiento de emergencia. Se debe pensar si este hidrante se utilizará para llenar cisternas o para atacar incendios directamente en áreas predeterminadas. Si se utiliza para un área predeterminada, líneas de diámetro más grande pueden ser suficientes para desplazar el agua desde el hidrante hasta el incendio o los planes se pueden dar para una operación de relevo. Cuando se planeé la instalación de un hidrante nuevo, es conveniente limitar la distancia de succión que se hace de la fuente de agua al hidrante a una altura menor de 15 pies. Debe haber por lo menos 2 pies del nivel de agua al filtro para evitar remolinos a la hora de succionar. Si el nivel de agua cambia de acuerdo a la temporada, se debe considerar el nivel mínimo aceptable como norma para su uso. Si es posible, es bueno dejar por lo menos dos pies entre el filtro y el nivel del fondo de la fuente de agua. Cuando se vaya a colocar un hidrante nuevo se deben considerar factores como plantas, hielo, nieve, inclinaciones lodos y otros que puedan afectar el acceso al hidrante y se debe considerar también el mantenimiento de la fuente de agua. Es importante que los hidrantes secos sean identificados de alguna manera para que otras compañías de


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apoyo no piensen que son hidrantes de presión. HIDRANTES REFORZADOS. Los hidrantes reforzados tienen por lo menos una ventaja sobre los hidrantes secos. Mientras que todas las especificaciones subrayadas para ser considerados en los hidrantes secos aplican también para los hidrantes reforzados, estos se pueden fabricar para soportar el estrés en un hidrante normal por una línea rígida de succión. Esto es particularmente importante si se utiliza una línea rígida en lugar de una flexible. Darle un ángulo al hidrante como lo muestra la figura 3.10 e instalar un soporte de protección sobre el suelo por debajo de la línea rígida reduce considerablemente el estrés aplicado en el hidrante. El hidrante se deberá diseñar de tal manera que no se requiera utilizar adaptadores para conectar líneas rígidas. Líneas flexibles de succión son preferibles como equipo estándar en los camiones y no las líneas rígidas de succión. Se recomienda que los hidrantes reforzados se fabriquen en PVC cedula 40 utilizando dos codos y selladores. La tubería debe ser por lo menos de 6 pulgadas, pero preferiblemente de 8 pulgadas o más. La mayoría de los hidrantes reforzados proveen un flujo de entre 600 y 1000 gpm. En la mayoría de los casos, si la succión es mayor a diez pies se requieren 6 pulgadas en la tubería. El mínimo nivel de agua por temporada se debe considerar cuando se haga la succión.

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Adaptador de Succión.

Figura 3.10

Diámetro de 6” Preferible 8”

Colador. Mínimo 2 pies.

MARCAJE DE HIDRANTE. Conocer la capacidad de los hidrantes es extremadamente importante para el combate de incendios. Quizá no sea necesario el marcaje de los hidrantes en comunidades donde se dispone de los flujos adecuados para todos los hidrantes; sin embargo, son pocas las ciudades que gozan de este lujo. La mayoría de las colonias tienen flujo deficiente de agua y la mayoría tienen una amplia variedad de flujos en sus mismos hidrantes. La norma 291 de la NFPA recomienda un sistema estándar de marcaje para todos los hidrantes basado en una prueba individual en su capacidad de flujo. La pruebas de flujo individuales de los hidrantes no ofrecen tantos resultados satisfactorios como en grupo; Sin embargo, el conocimiento de la capacidad individual de flujo de un hidrante es vital para aquellos que enfrentan un incendio. Las recomendaciones de la NFPA son que las tapas de los hidrantes y de las boquillas sena pintadas de la siguiente manera.: Para flujos de 1500 gpm o mas..... ..Azul Claro. Para flujos de 1000 a 1499 gpm .... Verde. Para flujos de 500 a 999 gpm ......... Naranja. Para flujos menores a 500 gpm ...... Rojo.

Estos marcajes esta basados en pruebas del flujo individual de los hidrantes con consumo domestico a un promedio ordinario. La evaluaciones se basan sobre 20 psi de presión residual Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


cuando la presión inicial esta por encima de los 40 psi. Los flujos de los hidrantes son flujos individuales, pero se puede tener flujos menores a lo indicado especialmente cuando un numero de hidrantes se esta utilizando en la misma zona y al mismo tiempo. Existe otro color que se recomienda para hidrantes. Si el hidrante va a estar permanentemente inoperable, o no podrá usarse, todas las partes visibles del hidrante se pintan en color negro. Si el hidrante esta temporalmente fuera de servicio, se debe envolver o etiquetar con un indicador temporal con su estado. La NFPA recomienda que todos los hidrantes que no pertenezcan al municipio en el que se encuentran sean pintados con un color que los distinga. Los hidrantes cargados con agua no potable se deben pintar de color violeta, y los hidrantes particulares de color rojo. Algunas comunidades marcan la ubicación de los hidrantes que no están a la vista de los equipos de respuesta con señalamientos. Los señalamientos se colocan en postes u objetos cercanos al hidrante. Estos se colocan a una altura que permita verlos por encima de coches estacionados. Hay por lo menos dos formas que se han considerado para decidir el color que deben tener estos señalamientos: Una, es que el letrero debe ir con el color del hidrante, la otra dice que el color del letrero debe indicar la capacidad del hidrante. Por lo menos una empresa profesional sugiere que las tapas de los hidrantes se pinten de acuerdo a las medidas principales.


4 pulgadas ............... Rojo. 6 pulgadas .............. Amarillo. 8 pulgadas .............. Naranja. 10 pulgadas o mas ... Verde.

Estos mismos colores se deben usar en los señalamientos. En algunas comunidades se marca la ubicación del hidrante utilizando señalamientos de trafico al centro o muy cerca de la calle, y adyacentes a la ubicación del hidrante. Estos letreros llevan comúnmente dos o más colores en cada uno de sus lados. Si solo se utiliza un color por lado (Por ejemplo rojo por un lado y amarillo por el otro) un color indica que el hidrante se encuentra a la derecha, y el otro indica que esta a la izquierda. Si se usan dos colores a cada lado el segundo color puede indicar la capacidad de flujo o la medida principal. Estos indicadores no son tan efectivos durante el día como lo son por la noche, cuando los reflectores son iluminados por las luces de la motobomba y fácilmente ubicados por los equipos de emergencia. Estos señalamientos facilitan la ubicación de los hidrantes incluso a una cuadra de distancia. Además, para las compañías de respuesta, tienen un valor particular cuando atienden servicios mayores y también para compañías de ciudades aledañas que vienen de apoyo. Algunas comunidades pintan con pintura reflejante su hidrantes para facilitar la ubicación de los hidrantes en la obscuridad. En algunas ciudades, se marca el tamaño del ducto principal que

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abastece el hidrante en el cuerpo del mismo. Otro ejemplo, El cuerpo del hidrante lleva un número que indica la cantidad de líneas que puede abastecer el hidrante con 150 gpm. DISTANCIA ENTRE HIDRANTES. Las recomendaciones para la distancia entre los hidrantes están basadas en las demandas de flujo en un área determinada. Para reducir la longitud de las líneas, los hidrantes deben estar colocados a no más de 300 a 400 pies del edificio a proteger. Como regla general, los hidrates deben estar colocados en cada intersección; Si las cuadra son muy largas, debe haber hidrantes adicionales al centro de la cuadra. Se espera que los hidrantes no estén a más de 800 pies el uno del otro en áreas de la ciudad, y a no más de 500 en áreas con construcciones. Se debe considerar la distancias de los hidrantes en instalaciones particulares y a peligros identificados. Debe haber un numero de hidrantes debidamente ubicados y espaciados para la seguridad del edificio protegido. Como regla, cada hidrante debe estar dentro de los 500 pies del edificio. Sin embargo, donde la estación de Bomberos responsable de la protección del edificio esta equipada con mangueras de Diámetro Grande (LDH, Large Diameter Hose, 3 ½”) en sus unidades, las oficinas de seguros darán crédito por los hidrantes ubicados dentro del alcance de carga de las LDH más chicas que tenga la estación de Bomberos. La longitud máxima a la cual le otorga crédito es de 1000 pies.

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En las áreas con gran demanda de flujo, puede ser necesario incrementar la cantidad de hidrantes que se encuentran en las intersecciones. En algunas intersecciones de ciudades grandes, se pueden encontrar hidrantes en cada una de las esquinas y con hidrantes adicionales al centro de cada cuadra. Lo ideal es adoptar una normatividad estandarizada para la instalación de hidrantes en intersecciones dentro de las comunidades. Es mucho más sencillo para los maquinistas y los oficiales de las compañías si están familiarizados con el sistema de distribución cuando todos los hidrantes están ubicados en el mismo lugar de alguna intersección (por ejemplo, siempre en la esquina sur-oeste). CHEQUEO Y MANTENIMIENTO. Los hidrantes deben ser inspeccionados anualmente y después de ser usados. De preferencia, estas inspecciones se deben llevar acabo en la primavera y otoño del año y en las zonas donde se dan temperaturas de congelación. Donde sea posible, las inspecciones se deberán hace por los miembros de la principal compañía de camiones. El mantenimiento tiende a mejorar cuando lo hacen quienes son más probables de usar el hidrante. Se debe elaborar una bitácora independiente para cada hidrante. La bitácora debe incluir información útil como el tipo de hidrante, amaño principal, fecha de su instalación, fechas de chequeo, y fecha en que se pinto.



Los procedimientos de la inspección deben ofrecer un chequeo en operación, reparación de fugas, y la succión por medio de bombeo a los hidrantes secos cuando sea necesario. A los hidrantes de barril seco se les debe revisar que tengan un drenaje apropiado. El examen de operación debe consistir en retirar las tapas, abrir la válvula del hidrante y dejar correr el agua. Se debe cuidar que la descarga no dañe alguna propiedad cercana. Algunos usan un tapón con un pedazo de manguera pequeño que va a la salida para poder controlar el flujo. Los hidrantes se deben pintar cada vez que sea necesario, pero se deben tomar precauciones para no restringir la remoción de las tapas o la operación del sistema de la válvulas. Si es necesario algún ajuste o reparación o incluso reubicar el hidrante, se debe archivar un reporte en la comisión de agua una vez terminado el examen. PROVISIONES DE EMERGENCIA. Es de extrema importancia que los Oficiales de Bomberos tengan conocimiento detallado de todas las fuentes de agua que puedan ser utilizadas en caso de que la fuente principal de abastecimiento de agua sea interrumpida, destruida o requerida para ser remplazada durante una emergencia inusual. Las provisiones que pueden ser utilizadas bajo estas condiciones son conocidas como provisiones auxiliares o de emergencia. Las fuentes auxiliares o de emergencia incluyen fuentes de agua privada, albercas, pozos, ríos, canales y otros cuerpos de agua naturales. Las Cisternas, si háy disponibles y por lo regular no se utilizan, tambíen llegan a ser consideradas para emergencias.


Las cisternas y otras fuentes de succión de agua deben ser capaces de proveer 250 gpm por un mínimo de dos horas. Algunas fuentes de agua clasificadas como provisiones de emergencia, pueden ser utilizadas como fuentes de abastecimiento para el sistema de distribución principal; sin embargo, para lograr utilizar estos recursos bajo condiciones de emergencia, equipos e instalaciones adicionales se deben proveer. El desarrollo de estas instalaciones y la responsabilidad de ver que el equipo necesario esta disponible es una función propiamente del Departamento de Bomberos. Las provisiones utilizadas para emergencias debe ser consideradas en el manual de operaciones de la Estación de Bomberos. Los simulacros periódicos deben hacerse utilizando fuentes de emergencia para los chorros. Donde sea posible, los simulacros deben simular las condiciones que se pueden esperar durante la emergencia donde el sistema de abastecimiento de agua no esta disponible. ABASTECIMIENTO DE AGUA PRIVADA. La fuente de agua privada por lo general las encontramos en plantas industriales. El hecho de que los Oficiales de Bomberos estén enterados de la existencia de estas fuentes, no es suficiente. El conocimiento sobre la cantidad de agua disponible, los procedimientos para obtener el agua de estas fuentes privadas, y los procedimientos operativos para trasladar el agua desde su fuente al lugar de uso es esencial.

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Albercas. En algunas comunidades, la capacidad total de una alberca es extensa. Nunca se debe descartar a una alberca como fuente de abastecimiento. Desafortunadamente, la mayoría de los casos están ubicadas de tal manera que es difícil acercarse a ellas. En la mayoría de los casos no es posible bajar una línea de succión a la alberca directamente de la motobomba; por consecuencia, muchos Departamentos de Bomberos ignoran estas fuentes en sus planes operativos de emergencia. Es responsabilidad de los Bomberos ver que se obtenga el equipo necesario para asegurar el uso del agua disponible. Se pueden usar eyectores tipo Sifón para remover el agua de la alberca a pesar de que la alberca se encuentre a una distancia considerable de donde la motobomba se puede parar. Por cada galón que entre al eyector, se regresarán dos. Un eyector grande es capaz de abastecer una línea de 2 ½” trabajando, y un eyector pequeño puede proveer a una línea de 1 ½”. Desafortunadamente, las estaciones que cuentan con estos eyectores no cargan los más grandes en sus unidades; sin embargo, en estaciones progresivas, muchos de los eyectores más chicos se llevan rutinariamente en los camiones (Fig. 3.11).

la fluctuación en el nivel del agua debido a la marea y los cambios en el temporal. Un método mu seguro para la extracción de agua es tomar el agua de las fuentes cuando se tengan las condiciones favorables y almacenarla para su uso en el futuro. Si hay un malecón disponible, una motobomba se puede acercar a la orilla e iniciar una operación de Succión. Ya que no siempre tenemos malecones disponibles, tendremos que tomar algunos pasos adicionales para obtener el agua. Cuando el agua tiene la suficiente profundidad para succionar podemos usar una rampa que lleve a los bomberos para utilizar un flotador grande cuando el nivel del agua bajo debido a mareas inusuales. Un método más práctico para llegar a estos recursos es proveer la motobomba con tuberías de descarga que lleguen al punto donde las motobombas pueden tomar agua. Es mejor proveer a una cantidad de motobombas y de salidas; De otra manera una provisión de emergencia entera se podría perder debido al daño a alguna motobomba o a algún sistema de tubería. Las lanchas contra incendio pueden proveer una excelente fuente de agua para las compañías terrestres. Se debe considerar el uso de las lanchas que no sen propias del municipio de los Bomberos. Si existe una gran dependencia a las lanchas debido a la necesidad de agua, es mejor que los

Figura 3.11

Abastecimiento en ríos y puertos. La disponibilidad de agua extraída de estas fuentes depende de

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Bomberos tengan listas una o más lanchas. Deben contar con suficientes mangueras adicionales que permitan la transferencia de agua desde los ríos o puertos hasta incluso una distancia considerable dentro de la ciudad. Las mangueras de diámetro grande son particularmente útiles dentro de estas situaciones. Camiones tipo pipa o pipas marinas. Los Oficiales de Bomberos deben mantener una lista actualizada de pipas y botes que puedan apoyar el servicio en caso de emergencia. La lista debe incluir aquellas pipas operadas por y propiedad del municipio y las privadas. La comisión del agua es el proveedor más probable a tener pipas dentro de alguna comunidad. Las refinerías y constructores son una buena fuente externa. Por supuesto que el solo registro de la ubicación de las pipas no es suficiente. Se deben desarrollar planes operativos para el uso de este equipo junto con simulaciones que involucren también al personal de la empresa privada. Es vital que los maquinistas sepan extraer el agua de las pipas. Además, la motobomba debe estar equipada con los acoples y las conexiones necesarias para las salidas de las pipas. Muchas estaciones de bomberos en las estaciones rurales despachan sus propias pipas, las llaman aparato móvil de abastecimiento de agua, y es la respuesta inicial para las áreas que no cuentan con un sistema de hidrantes adecuado o disponible. Tale vehículos están equipados con tanques amplios que cuentan con entradas de abastecimiento rápido y salidas rápidas. Muchos también están equipados con


motor adicional. Cisternas. Las cisternas son tanques grandes para el almacenamiento de agua, normalmente se encuentran por debajo del nivel de la calle de los municipios. U sistema de cisterna bien planeado provee a los hidrantes donde se encuentran as cisternas. El agua se puede tomar de cualquiera de estas fuentes, sea por medio de un tubo de succión previsto para estas situaciones o bajando una manguera de succión al tanque. Ya que los sistemas de cisternas no son por lo general considerados como una fuente principal, son excelentes para proveer almacenamiento de emergencia. Los Bomberos deben encontrar algún método para poder tener la ubicación de estas, y llevar acabo simulacros periódicos para asegurar que todos los miembros sean capaces de utilizarlos. PRUEBAS DE FLUJOS CONTRA INCENDIOS. Los chequeos de flujos contra incendios indican la cantidad de agua disponible en varias de las zonas de alguna comunidad. Si no hay suficiente cantidad de agua disponible en alguna sección en particular, los Bomberos deben estar enterados para desarrollar el plan operativo previo al incendio. Incendios en zonas deficientes se podrán resolver con pipas, operaciones de relevo, bombeando desde un punto de mayor fuerza hasta el punto frágil, o haciendo uso de los abastas para emergencias. Incluso una estación de

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Bomberos bien equipada y con Bomberos bien entrenados pueden hacer poco para controlar un incendio si no tienen la suficiente cantidad de agua. Cuando hacer las pruebas. Estos chequeos deben hacerse siempre en partes donde exista duda sobre la capacidad del sistema de abastecimiento para hacer llegar la suficiente cantidad de agua para combatir un incendio grande. Los Oficiales de Bomberos se deberán cuestionar la capacidad del sistema siempre que una construcción de gran escala se lleve acabo dentro de una zona donde se sabe que el sistema de abastecimiento esta limitado por tener tubería pequeña o cerradas. El desarrollo de casas o centros comerciales comúnmente acerca a las comunidades hacia los límites del suburbio y crea la necesidad de extender nuevas tuberías que ya habían sido cuestionadas. Otra señal para la posibilidad de un sistema con deficiencias es el crecimiento de plantas industriales o de centros comerciales sin el respectivo fortalecimiento del sistema de abastecimiento. Donde hacer la prueba. Los chequeos deben hacerse en las áreas de la comunidad donde exista duda sobre la capacidad que tenga el sistema para abastecer el volumen necesario de agua para atacar un incendio fuerte. Por lo general, las pruebas no son necesarias en las secciones céntricas de la ciudad; aquí por lo general los ductos son amplios, con conexiones

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cruzadas, y con un buen sistema de recirculación. Las siguientes áreas deben tener prioridad: 1. Aquellas donde las tuberías son de menor diámetro y tienen ductos cerrados. 2. Las periferias de la ciudad. 3. Detectar desarrollos, particularmente aquellos que se encuentran en áreas distantes de la ciudad. 4. En las expansiones de plantas industriales. Horas de prueba. Desde el punto de vista de la protección contra incendio, la hora ideal para las pruebas es cuando la demanda doméstica esta en su máximo. Usualmente, es entre 9 a.m. y 5 p.m. de Lunes a Viernes aunque puede variar. Mientras que estas horas se consideran muy buenas cuando se considera a la comunidad entera, puede que no sean las mejores para hacer la prueba para un área específica. Por ejemplo, algunas industrias donde la demanda es extremadamente alta mientras ciertos procesos se lleva acabo. La industria de pescado utiliza una enorme cantidad de agua durante sus procesos de enlatado. Los chequeos de flujo dentro de un área con industria pesquera, cuando la industria no esta operando, puede dar como resultado un flujo excesivo de aquel requerido para la protección del edificio. Un chequeo durante las operaciones de enlatado puede demostrar que el sistema de agua es extremadamente deficiente. Planeación de la prueba. Una vez que el jefe de Bomberos decide que cierta área de la comunidad


Luis Fernando Vázquez Ramírez. Figura 3.12

Figura 3.13

3 2 1

4 5 6 5 3 2 5

debe ser examinada, Las pruebas se deben hacer tan pronto como sea posible. Se debe buscar la cooperación con los oficiales d e la comisión del agua y representantes de las respectivas aseguradoras. Estos oficiales siempre estarán interesados en los resultados, además de contar con la experiencia para asesorar durante las pruebas. Se debe recordar que no se necesita una alta presión. El objetivo de esta prueba es corroborar la cantidad de chorros que se pueden obtener del sistema. Una línea de mano estándar de 2 ½ pulgadas descarga 250 gpm. Los exámenes de flujo solo necesitan calcular 50 gpm para cantidades totales de menos de 1,000 gpm y 100 gpm para cantidades que excedan 1,000 gpm. El jefe de Bomberos debe planear a detalle como se debe proceder en las pruebas antes que comience la revisión oficial. Se deben considerar las siguientes áreas: 1. Los hidrantes a ser utilizados en las pruebas. 2. Los hidrantes que se asignaran para el flujo y los que se asignarán para presión. 3. Que lecturas se tomarán. 4. Deberes y responsabilidades de cada participante. 5. Revisar los últimos resultados del área a examinar. Equipo requerido. La cantidad y tipo de equipo que se requerirá para las pruebas dependerán del proceso y la precisión deseada. Ya que no se requiere un alto grado de precisión, los oficiales de Bomberos pueden obtener resultados


satisfactorios utilizando el siguiente equipo: 1. Una más hojas Pitot con medidas de 0 a 100 psi. Los tubos pitot están disponibles en tamaños y diseños diferentes, eso depende del fabricante. Independientemente del utilizado, es importante que se inserte en el chorro del hidrante sin causar roce ni vibración excesiva. Las lecturas deben ser tan precisas como sea posible. Para remover cualquier fluctuación que pudiera existir en la aguja del medidor se instala ya se un medidor de presión tipo Snubber o una cámara de aíre. El medidor Snubber es el más lento de los dos, pero nos da mejores resultados (Fig. 3.12). 2. La tapa de un hidrante con una medida de o a 200 psi de presión. Este equipo se puede instalar al hidrante taladrando un orificio en la tapa junto con una conexión de purga (Bleeder) y una conexión de desagüe (Petcock). La purga y el desagüe se utilizan para sacar el aire atrapado cuando se abre el hidrante y para desahogar la presión una vez que se cierra el hidrante (Fig. 3.13) 3. Varias llaves para hidrantes. 4. Un libro para registro. 5. Una escala de medición marcada a por lo menos 1 1/16 de pulgada. Elección de los hidrantes. Los Oficiales de Bomberos deben confiar en la experiencia que y tienen los representantes de la comisión del agua y las aseguradoras que participan en las pruebas para determinar el flujo total. Los métodos de ingeniería para determinar el flujo los explican muchas otras

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publicaciones. El propósito de esta sección es ofrecer a los Oficiales de Bomberos la comprensión básica de los procedimientos de prueba.

independientemente de la cantidad de hidrantes involucrados. Los siguientes pasos muestran el procedimiento de prueba en su forma más sencilla.

Se utilizan los siguientes términos para identificar a los hidrantes que se revisan. A uno de ellos se le llamará Hidrante de Presión. En la tapa, este hidrante lleva un medidor de presión. El propósito de este hidrante es medir la presión estática y residual dentro del sistema. A los otros hidrantes se les llama Hidrantes de flujo. Estos hidrantes determinan la cantidad de agua disponible en el sistema. Los hidrantes que se usarán en la revisión se deberán elegir después de la zona que allá sido seleccionada. Uno de ellos se designará como hidrante de presión. La cantidad de hidrantes que se usarán depende de la fuerza del sistema. Dos hidrantes podrán abastecer en un sistema ligero. y para un sistema fuerte tal vez se requerirán siete u ocho.

1. La tapa se debe remover y remplazar por la que tiene medidor de presión y desagüe. El desagüe debe estar en posición abierto.

Los hidrantes seleccionados como hidrantes de flujo esta ubicado entre el hidrante de presión y las tuberías grandes que abastecen el agua al lugar de prueba. Varias configuraciones son posibles. En las ilustraciones 3.14 y 3.15, el hidrante de presión se señala con un círculo al rededor del símbolo del hidrante. La dirección del agua se señala con las flechas.

2. El hidrante de presión se debe abrir lentamente por varias vueltas. El flujo de agua expulsará a través del desagüe cualquier volumen de aire que se encuentre atrapado. La válvula de desagüe se cerrará una vez que el agua salga a manera de chorro constante. Entonces se abrirá todo el hidrante lentamente. 3. La lectura del hidrante de presión será la presión estática. Este resultado se dee registrar.

A)

B)

C)

D)

4. Remueva la tapa del hidrante de flujo y mida por dentro el diámetro de la salida. Este procedimiento se aplicará a toda salida que se use en la prueba. Registre cada medida. 5. Sienta el interior de la apertura de descarga y registre el coeficiente. Esto se repetirá en cada salida involucrada en la prueba (Capítulo 5) (Fig. 3.16). Por supuesto que esto no será posible en hidrantes de barril seco.

E)

6. Asegurese que la descarga del hidrante no dañará ninguna propiedad vecina, entonces abra el flujo del primer hidrante

Procedimiento para la prueba. Figura 3.14

La prueba más básica solo requiere de dos hidrantes, uno de presión y otro de flujo, pero el procedimiento es similar

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(A) Situación de paso cerrado; (B) Una situación donde la presión del hidrante se encuentra en la esquina de un sistema en red; (c) El flujo que va al hidrante proviene de dos direcciones en una misma tubería; (D) El flujo que va al hidrante proviene de estas direcciones; (E) El hidrante de presión esta ubicado en un sistema de diseño en lazo (well-loop).



A)

Figura 3.15

presión residual se haya reducido a 20 psi.

La situación de la ilustración 3.14 en un sistema de distribución.

D)

C)

E) B)

Figura 3.16

0.90

0.80

0.70

lentamente. Mientras abre, esté atento a cualquier señal de la persona que vigila el hidrante de presión. Una medida de seguridad cuando se esta determinando el flujo, es que la presión de salida de la válvula del hidrante de presión no se reduzca por lo menos a una presión residual del 20 psi. La válvula de descarga deberá mantenerse abierta hasta que la presión residual alcance los 20 psi o la válvula de salida este completamente abierta, lo que ocurra primero. Si se usa más de un hidrante de flujo, cada hidrante se deberá abrir de la forma descrita. La descarga de un hidrante adicional no se debe iniciar hasta que el agua de un hidrante previamente abierto mantenga un flujo con la válvula completamente abierta. Si se abre una salida completamete de cada hidrante que se utilice en la prueba y la presión residual se mantiene por encima de los 20 psi, las salidas adicionales se deberán abrir hasta que el máximo de agua de cada hidrante este fluyendo o hasta que la


7. Cuando el flujo de un hidrante se ha estabilizado por si mismo, el tubo pitot se debe insertar al centro del chorro, con el aspa sostenida a una distancia equivalente a la mitad del diámetro de la abertura de la salida (Por ejemplo, con una salida de 2 ½ pulgadas sostenga el Pitot a 1 1/4 de pulgada del extremo de la salida). Si la hoja de medición fluctúa, use un medidor Midway entre los puntos más altos y los más bajos de la fluctuación. Registre la presión leída y la presión residual del hidrante. 8. Cierre las válvulas de los hidrantes de flujo, uno a la vez. Ningun hidrante se debe cerrar hasta no obtener las lecturas aceptables de cada uno de los hidrantes de flujo. Cambie las tapas y abra el desagüe en el tubo pitot y drene la unidad. 9. Cierre el hidrante de presión. Abra la válvula de desagüe para liberar la presión dentro del medidor, remueva la tapa y el medidor. Coloque la respectiva tapa del hidrante. Los ingenieros asistentes de la comisión del agua o de las compañías de seguros podrán determinar el flujo total recavado por la información y los registros de la revisión. El flujo total indicará una de dos condiciones: 1. El flujo total del que se puede disponer para determinada zona sin reducir la presión residual por debajo de 20 psi. 2. El flujo total con que puede contar cierta zona.

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Resultados inusuales. Los resultados que parecen ser excepcionalmente bajos para el tamaño de la tubería de esta zona, o los flujos que son considerablemente menores que aquellos obtenidos de revisiones anteriores, pudieran ser corregibles. Este hecho deberá pasarse a los oficiales de la comisión de agua que pudieran diagnosticar las causas de las diferencias y hacer las correcciones necesarias. Algunas causas probables son: 1. Válvulas de la tubería parcialmente o totalmente abiertas. 2. Tubería parcialmente bloqueada o congestionada. 3. Sedimentación de la tubería causando diámetros reducidos. 4. Mapas erróneos que enlistan medidas de tubería equivocadas. 5. Fugas serias en el sistema. 6. Válvulas de hidrantes operando inapropiadamente. 7. Válvula de revisión operando inapropiadamente. 8. Tuberías o válvulas congeladas.. 9. La existencia de válvulas o medidores no registrados en los mapas. 10. Alta perdida de fricción a través de los medidores.

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MAPAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA. Un mapa del sistema de agua debe tenerse a la vista en cada Estación de Bomberos y en la oficina de los Oficiales de Comando. En ciudades pequeñas, el mapa debe indicar el sistema completo de agua; en ciudades grandes, el mapa debe cubrir el área resguardada por la Compañía de Bomberos de primera y segunda respuesta. Copias de los mapas junto con información adicional sobre el sistema de abastecimiento debe estar disponible en la oficina de despacho. Los mapas de abastecimiento de agua en gran formato y divididos en pequeñas zonas deben llevarse en cada una de las unidades contra incendio. Las paginas del mapa deben estar debidamente señaladas para que la zona deseada pueda encontrarse fácilmente. Si el mapa de la ciudad esta dividido en cuadrantes, el número de cuadrante donde se ubica el incendio se le podrá pasar a la Compañía de respuesta a la hora del despacho. Los mapas deben incluir tanta información como puedan, incluyendo las medidas de la tubería, el tipo y la ubicación de los hidrantes, ubicación de las válvulas y límites de servicio. El límite de servicio lo asigna una sola fuente. Algunas zonas podrán coincidir para dos o mas Compañías. Conocer los límites de la zona de servicio es tan importante como saber completamente un punto de servicio débil durante alguna emergencia, Bombear agua desde un punto paralelo más reforzado utilizando motobombas y líneas de traspaso. Las líneas de diámetro ancho



son particularmente útiles en estas situaciones (Fig. 3.17). Los resultados de la revisión de flujo se deben registrar en los mapas de la Estación de Bomberos y en los de las unidades. Las zonas deficientes se deben marcar con rojo. Si en esa ciudad se utiliza el marcaje por colores, entonces ese mismo marcaje se debe emplear para identificar los hidrantes. Tal vez no sea posible indicar la ubicación de todo el abasto disponible para emergencias en los mapas; sin embargo, las fuentes principales para abastecimiento de emergencia deben aparecer. Se debe hacer lo más posible para señalar la ubicación de cuantas fuentes de abastecimiento de emergencia sea posible dentro de las distintas zonas de la ciudad. Esto es particularmente importante para los mapas que se llevan en las unidades contra incendios y en los vehículos de Comando.

Figura 3.17


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Preguntas de repaso.

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1.- ¿Que es lo primero que se debe hacer cuando se lidia con un incendio que requiere un alto volumen de agua? 2.- ¿Cuales son los dos sistemas básicos de agua? 3.- ¿Cual es la definición de sistema de agua por gravedad? 4.- ¿Cual es el sistema de agua por gravedad más confiable? 5.- ¿Cual es la definición de bombear un sistema de agua? 6.- ¿Que es un sistema de alta presión de agua? 7.- ¿Como se determina el promedio de consumo diario en una ciudad? 8.- ¿Define (a) Consumo máximo diario; (b) Consumo de hora pico; (c) Flujo contra incendio requerido? 9.- ¿Cual es el flujo mínimo requerido para una ciudad? 10.- ¿Cuales fueron algunos de los planes de registro que se usaron en los incendios? 11.- ¿Cuando se puede considerar un sistema de agua adecuado? 12.- ¿Cuanto es más la capacidad de un tubo cuando el diámetro se duplica?, ¿Triplica?, ¿Cuadriplica?, ¿Quintuplica? 13.- ¿Cuando se le considera confiable a un sistema de agua? 14.- ¿Cual es el mínimo de presión de flujo normalmente aceptado para sobreponerse a la perdida por fricción en la rama de hidrante, en el mismo hidrante, y en la linea de succión que va del hidrante a la motobomba? 15.- ¿Cuales son los tres tipos de tubos utilizados en el sistema de distribución de agua? 16.- ¿Cuales son los alimentadores principales? ¡Cuales los secundarios? 17.- ¿Que son las tuberías de distribución? 18.- ¿Cual el tamaño más chico de tubería utilizado en el sistema de distribución? 19.- ¿Que tamaño de tubería se recomienda para todas las calles principales de una comunidad? 20.- ¿Cuales son los distintos tipos de tubería utilizados en los sistemas de distribución? 21.- ¿Cual es la política actual para el uso de tubería de asbesto-cemento? 22.- ¿Cuales son las bases para elegir tuberías de hierro forjado en las tuberías? 23.- ¿Donde son particularmente útiles los tubos de PVC? 24.- ¿En que parte es ventajoso el uso de un tubo de acero en un sistema de distribución? 25.- ¿De donde provienen las normas que se utilizan para la tubería de PVC? 26.- ¿Quien prepara las normas para los hidrantes? 27.- ¿Cuales son los requerimientos para un hidrante normal? 28.- ¿Cuales son los dos tipos de hidrantes operados en los Estados Unidos? 29.- ¿Donde se utilizan los hidrantes de barril seco? 30.- ¿Cual es el tipo de hidrante más común operado? 31.- ¿Cuales son las precauciones que se deben tomar cuando se instale un hidrante tipo barril seco? 32.- ¿Cuales son las ventajas principales que tiene un hidrante de barril seco sobre uno de barril húmedo? 33.- ¿Que es un hidrante tipo flush? 34.- ¿Por lo general, donde se instalan los hidrantes tipo flush? 35.- ¿Cuales son las objeciones para el uso de hidrantes tipo Flush? 36.- ¿Cuales son los rangos de presión para los hidrantes de presión? 37.- ¿Que es un hidrante seco? 38.- ¿Cuales son las ventajas principales de un hidrante seco? 39.- ¿Que tipo de tubería se debe usar en un hidrante tipo built-up? 40.- ¿Que consideraciones se debe tomar cuando se vaya a instalar un hidrante seco nuevo? 41.- ¿Cuales son las recomendaciones de la NFPA para el sistema de marcaje en los hidrantes que utilizan varias de las ciudades? 42.- ¿Ademas del sistema de la NFPA, que otros sistemas usan algunas otras ciudades?. 43.- ¿Como regla general, donde deben ser instalados los hidrantes? 44.- ¿A que distancia deben estar los hidrantes unos de otros? 45.- ¿Con que frecuencia y cuando deben ser revisados los hidrantes.



46.- ¿Cuales son algunas de las fuentes de agua con fines de emergencia? 47.- ¿Por lo general que es necesario para poder utilizar albercas como fuentes de agua de emergencia? 48.- ¿Cuales son algunos de los métodos que se usan para extraer agua de ríos y puertos? 49.- ¿Que es un Boat Tender? 50.- ¿Que es una cisterna? 51.- ¿Cuando se deben llevar acabo las pruebas de flujo contra incendio por los Bomberos? 52.- ¿Que áreas de la ciudad deben tener prioridad para las pruebas del flujo contra incendio? 53.- ¿Cuales son las mejores horas para llevar acabo las pruebas de flujo? 54.- ¿Cuales son algunos de los artículos que un oficial de Bomberos debe considerar cuando hace la planeación de una prueba de flujo? 55.- ¿Que equipo se requiere para una prueba de flujo? 56.- ¿Que nos ofrece un mejor resultado, un medidor de presión Snubber, o un tubo pitot de cámara de aíre? 57.- ¿Que es un hidrante de presión en una prueba de flujo? 58.- ¿Que es un hidrante de flujo en una prueba de flujo? 59.- ¿Donde se debe ubicar un hidrante de presión cuando se le revisa el flujo a un sistema? 60.- ¿Describa el procedimiento general para una prueba de flujo contra incendio? 61.- ¿Cuales son algunas de las características corregibles que aparecen cuando los resultados obtenidos son excepcionalmente bajos para el tamaño de l tubería bajo revisión? 62.- ¿Que tipo de información deben incluir los mapas del sistema de abastecimiento de agua que se muestran en las estaciones de Bomberos y en las unidades contra incendio? 63.- ¿Como se debe identificar las zonas débiles en los mapas de abastecimiento de agua?

e

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CAPÍTULO 4 CHORROS CONTRA INCENDIO. Objetivos: Al terminar este capítulo el lector deberá:

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! Poder definir un chorro contra incendio. ! Poder identificar los tamaños comunes de pitones de chorro sólido que utilizan los Bomberos. ! Poder explicar algunos factores que afectan el alcance de un chorro contra incendio. ! Poder explicar la diferencia entre un alcance vertical y el alcance horizontal de un chorro directo. ! Poder determinar el alcance horizontal aproximado de distintos chorros utilizando la formula de alcance horizontal. ! Poder determinar el alcance vertical aproximado de distintos chorros utilizando la formula de alcance vertical. ! Entender los distintos factores que afectan la penetración de un chorro al entrar a un edificio. ! Poder solucionar un problema para determinar la penetración de un chorro al entrar a un edificio. ! Poder solucionar problemas utilizando esta formula: C2=A2+B2. ! Saber la diferencia entre un ataque directo y un ataque indirecto en el incendio. ! Saber la diferencia entre pitones automáticos, pitones con galonaje fijo, pitones de galonaje seleccionable, y pitones multiusos. ! Poder definir la velocidad del flujo de agua que corre dentro de una manguera. ! Poder determinar la velocidad de flujo cuando la punta se conoce. ! Poder determinar la velocidad de flujo cuando la presión se conoce. ! Poder comparar la velocidad de flujo en la manguera contra la velocidad de flujo en la punta del pitón. ! Poder determinar la velocidad de flujo en el pitón cuando se conoce la velocidad de flujo en la manguera. ! Poder determinar la reacción del pitón a causa de un chorro directo. ! Poder determinar la reacción momentánea del pitón a causa de un chorro directo. ! Poder determinar la reacción del pitón a causa de un pitón de cortina. ! Poder comparar las distintas reacciones del pitón en distintos pitones. ! Poder describir algunos de los factores de seguridad que deben seguirse cuando se trabaja con chorros desde escaleras y dispositivos elevados de chorro maestro.


Se duda poco sobre el pronto mejoramiento tecnológico, los disturios civiles de los años 60’s y 70’s y los ataques terroristas en el 2001 han tenido y tendrán influencia en el mejoramiento d e l e q u i p o y o p e ra c i o n e s d e l Departamento de Bomberos. Sin embargo, los cimientos básicos de todas las operaciones d los Bomberos han sido, probablemente siempre serán, el uso efectivo de los chorros en las operaciones de extinción (Fig. 4.1). Tal vez el impacto más fuerte en los últimos años en esta área ha sido la adopción de las mangueras de 1 3/4 y 2 pulgadas de diámetro. La mayoría de todos los incendios de cualquier tamaño, han sido atacados tradicionalmente con mangueras de 2 ½ pulgadas. Aunque los Bomberos han hecho buen trabajo con estas mangueras, por la cantidad limitada de agua, la habilidad de extinguir algunos de estos incendios ha sido restringida. Con la adopción de mangueras de 1 3/4 y 2 pulgadas de diámetro, su habilidad para proveer chorros que se aproximen o excedan aquellos chorros logrados con mangueras de 2 ½ pulgadas le da al Bombero una herramienta para eliminar incendios de manera más rápida. Esto junto con el uso de mangueras de


diámetro amplio (LDH) a mejorado la habilidad para disparar chorros más efectivos. Es importante que el personal de Bomberos tenga conocimiento básico sobre los puntos a favor y en contra de los LDH. Se ha dicho que el uso de LDH como líneas de abastecimiento proveen a los oficiales la habilidad de “mover” hidrantes de una posición estática a una movil enfrente del incendio. Las LDH pueden usarse para extender lineas de abastecimiento ya sea desde un hidrante hasta una bomba de ataque o de la bomba de ataque al hidrante. Ya que la perdida por fricción es mínima, las lineas de abastecimiento pueden tenderse a grandes distancias. Por ejemplo, mover 5,000 galones a través de una manguera de 5 pulgadas solo nos da como resultado una perdida por fricción de 2 psi por cada 100 pies. La perdida por fricción en 1,000 pies con un movimiento de 5,000 galones es de solo 20 psi. Una motobomba de 1500 gpm conectada a un hidrante grande podría trasladar toda su capacidad a una motobomba de ataque ubicada a 1,000 pies al frente del incendio. Este es sin duda un gran logro por encima del uso convencional de una manguera de 2 ½ pulgadas. Aunque el uso de las LDH puede ser la situación ideal, existen varias consideraciones que se deben tomar en cuenta al usarse. Tender una linea sola es poner todos los huevos en una sola canasta. Existe la posibilidad de que esta linea se dañe o destruya, lo cual dejaría a las lineas de ataque en

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una situación complicada. Por seguridad, siempre será mejor no depender de una sola linea. Vehículos pasando por encima de una manguera, representan una situación my peligrosa. Un vehículo que se atore en un manguera y por querer brincarla patine su llanta puede causar un orificio en la manguera. Se deben considerar también las maniobras de los vehículos. Siempre se debe evitar manjar por arriba de los acoplamientos y de las mangueras a menos que sea absolutamente necesario. TÁCTICAS DE CHORROS CONTRA INCENDIOS. Las buenas tácticas contra incendio involucran la distribución del personal y del equipo en la escena del incendio de manera tan eficiente que se logre extinguir con una mínima perdida de vidas y propiedades. El objetivo principal de las tácticas de extinción es poner el agua en la base del fuego en la forma y cantidad que lo exija de la manera mas sencilla. Esto se logra con los chorros contra incendio. Un chorro contra incendio se define como un chorro de agua que va desde la punta de un pitón hasta el punto deseado o hasta que llegue a su límite de proyección. Cuando sale de la punta del pitón, el chorro es afectado por la presión de descarga, el diseño del pitón, y el ajuste del pitón. Una vez que deja el pitón, el chorro también es afectado por la gravedad, velocidad del viento y corrientes de aire.

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Estos chorros se utilizan para proteger contra explosiones, detener alguna llama, apoyar en la ventilación, extinción de incendios y salvamento. Muy probablemente sean mas las vidas que se hayan salvado gracias a un ataque agresivo sobre el incendio utilizando los chorros que con algún otro método. La elección de determinado chorro para su uso en alguna emergencia depende de muchos factores: el tamaño e intensidad del fuego, el material o materiales que se están quemando, si esta dentro de un espacio confinado o al aire libre, la accesibilidad que se tiene al incendio, la cantidad de agua disponible, el personal y el equipo disponible para la operación. Existen una gran variedad de pitones que se pueden usar para combatir incendios, pero todos ellos proveen dos tipos de chorros: Chorro sólido y Chorro no sólido. CHORROS SÓLIDOS. Los chorros sólidos se pueden generar con pitones Smooth-bore o con pitones de neblina ajustables para chorro sólido. Los chorros sólidos se usan principalmente cuando no se puede tener acercamiento al fuego debido a su intensidad o tamaño, en algunos tipos de incendios no confinado, y donde sea que el alcance sea un factor para protegerse de explosiones o para extinguir el incendio. Incendios en espacios abiertos como un incendio en maderera, o en algún incendio estructural que se haya propagado al exterior. La radiación de los incendios en espacios abierto es muy intensa. Un alto volumen de agua es requerido comúnmente para este tipo de incendios.



Alcance. Para ser efectivos, los chorros directos deben llegar al fuego en tal cantidad y forma que el agua absorba el calor del fuego mas rápido de lo que se pueda generar. Un buen chorro sólido tiene la habilidad de un buen alcance, y puede penetrar en áreas y materiales que no pueden ser alcanzados por otros chorros. Los pitones Smooth-bore promedian entre las medidas de ½ a 3 pulgadas. Los pitones de ½ a 5/8 y 3/4 de pulgada se utilizan principalmente para líneas de alta presión (booster), donde los pitones de 7/8” - 1” y 1 1/4” se utilizan para lineas de mano más largas. Todas estas puntas se proveen por lo general en una presión de pitón de 50 psi. Una boquilla descargando 350 gpm es aproximadamente la descarga máxima que puede soportar un Bombero. Descargas mayores de 350 gpm producen lo que se nombra Reacción del pitón muy grande para manejala. Por consecuencia, las boquillas que descargan más de 350 gpm se usan con algunos tipos de chorros maestros. Estas boquillas son normalmente abastecidas a una presión de 80 psi.

Existen varios factores que afectan el alcance de un chorro. Uno de estos es el viento. El viento tiene un papel importante e la reducción de la efectividad de los chorros sólidos. Incluso una briza moderada puede reducir el alcance de un chorro sólido hasta un 15 o 20 porciento. Un viento fuerte puede someter completamente un chorro sólido, fraccionandolo a una simple rocío en la cara de los Bomberos. Además del viento, el alcance de un chorro es afectado por otros factores. Cuando el agua sale del pitó, la gravedad ejerce sobre el chorro su fuerza. El efecto gravitatorio sobre el chorro da como resultado una curva cónica, produciendo un corto alcance en vez de lo que sería teóricamente posible si el chorro siguiera una línea recta. La resistencia del aíre sobre el desplazamiento del agua también afecta el alcance. El alcance es una medida de la distancia en el que el chorro contra incendios puede ser lanzado con efectividad desde un pitón y seguir siendo considerado como un buen chorro. El alcance efectivo de un chorro se mide por pies (fig. 4.2).

Figura 4.2

Alcance Corto.

Alcance Largo.


Otro factor que afecta el alcance de un chorro sólido es la presión del pitón. La presión del pitón solo se puede determinar bajo condiciones de prueba. Para este propósito se utiliza el Tubo Pitot (Fig. 4.3). Bajo las condiciones operativas, la presión del

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pitón se calcula utilizando formulas para determinar la presión de bombeo necesaria para generar la presión del pitón deseada. La presión de las mangueras chicas puede ser satisfactorias a una presión de 25 psi, la presión del pitón en las líneas de mano de 1 ½, 1 3/4, , 2 y 2 ½ pulgadas debe ser de entre 40 y 60 psi. Aunque el alcance bajo esta presión producirá chorros efectivos, la mayoría de los Bomberos han puesto como norma el uso de chorros con una presión de 50 psi en el pitón. La presión en el pitón se debe trabajar con una presión de 60 y 100 psi para obtener un buen chorro sólido en las aplicaciones de chorro maestro. Una presión en el pitón de 80 psi se utiliza como estándar en la mayoría de los Departamentos de Bomberos. Los chorros sólidos se pueden utilizar a nivel de piso o ser proyectados a pisos superiores en los edificios. Con el propósito de identificarlos, a estos chorros se les nombra chorros horizontales y chorros verticales. Alcance Horizontal. El saber el alcance de un chorro horizontal es muy importante para las operaciones contra incendios. El alcance es afectado por el tamaño del pitón, el de la manguera, la presión del pitón, y de otros factores que están dentro del oficial a cargo del incendio. Cuando se es necesario lanzar un chorro desde la ventana de edificio a otro al otro lado de la calle, o cuando es necesario llegar a la ase del incendio al que no se le puede alcanzar por el calor intenso, se vuelve

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importante antes de extender lineas y elegir pitones si el chorro alcanzará a llegar. Incluso la elección de la boquilla puede significar la diferencia entre llegar al incendio o tener un chorro que no llegue al punto deseado.

Figura 4.3

Un chorro sólido horizontal es aquel que tiene un ángulo de descarga de 45 grados o menos. Teóricamente, el mejor alcance de un chorro directo se da a los 45 grados. Sin embargo, estudios previos encontraron que bajo condiciones reales el mejor alcance horizontal se obtiene a un ángulo de descarga de 32 g ra d o s a p rox i m a d a m e n t e . C o m o resultado de estos estudio, algunas reglas fueron establecidas para la operación dentro de incendios para estimar el alcance aproximado de los chorros horizontales generados con lineas de mano. El alcance aproximado es de 1 3/4 de veces la presión del pitón a 20 psi; y 1 ½ veces la presión del pitón a 50 psi; a 1 1/4 de veces la presión del pitón a 75 psi; un equivalente a la presión del pitón a 100 psi. Los alcances reales determinados por este estudio se muestran en la tabla 4.1. Tabla 4.1. Alcance Horizontal de un chorro sólido. Presión del pitón. (psi)

Alcance Horizontal (ft) al tamaño del pitón (in.) 1 11/8 11/4 13/8 11/2

20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 75 80 85 90

37 42 47 51 55 58 61 64 67 72 74 76 78 80

38 44 50 54 59 63 66 69 72 77 79 81 83 85

39 46 52 58 62 66 69 72 75 80 82 84 87 89

40 47 54 59 64 68 72 75 77 82 84 86 88 90

42 49 56 62 66 71 75 78 80 84 86 88 90 91



Respuesta: Existen dos formulas de uso general para calcular el alcance de un chorro horizontal. Ninguno de estos dos obtendrá la misma respuesta como las obtenidas en la tabla bajo ninguna circunstancia; sin embargo, cualquier formula dará un resultado lo suficientemente preciso para la mayorías de los casos. La formula es la siguiente:

La respuesta de la tabla 4.1 es 62 pies.

Determinando el Alcance Horizontal de un Chorro Directo.

La segunda formula de uso general es la siguiente:

S= (HF)(P) S= Distancia. HF= Factor Horizontal. P= Presión del pitón.

Determinando el Alcance Horizontal de un Chorro Directo.

Los valores de los Factores horizontales para diferentes tamaños de boquillas son los siguientes: ½” - 56 5/8” - 62 3/4” - 68 7/8” - 74 1” - 80 1 1/8” - 86

Donde: S= (HF)(P) HF= 92 P= 40 psi S= (92)(40) = 3680 = 60.7 Pies

1 1/4” - 92 1 3/8” - 98 1 ½” - 104 1 5/8” - 110 1 3/4” - 116 2” - 128

S= ½ P + 26 S= Distancia. P= Presión del pitón.

La formula es aplicable para boquillas de 3/4 e pulgada o más largas con presión de pitón de 30 psi. Para boquillas mayores a 3/4 de pulgada, sume 5 al 26 por cada incremento de 1/8 de pulgada en el tamaño de la boquilla. Pregunta:

Notese que la base de estos factores es ½ pulgada con un factor de 56, y que hay un factor de incremento de 6 por cada 1/8 de pulgada de tamaño en la boquilla.

¿Cual es el alcance horizontal aproximado de una boquilla de 1 1/8” cuando la presión de descarga es de 50 psi?.

Pregunta:

Respuesta:

¿Cual es el alcance horizontal aproximado de una boquilla de 1 1/4” cuando la presión de descarga es de 40 psi?

Donde: S= 1/2P + 26 P= 50 psi Sume 15 al 26 debido al incremento de


71


tamaño de la boquilla. Entonces: S= 50/2 + 26 + 15 = 25 + 26 + 15 = 66 pies. La respuesta en la tabla 4.1 es de 66 pies. Alcance Vertical. Un chorro vertical es aquel donde el ángulo de descarga es mayor a 45 grados. Los chorros verticales se utilizan principalmente para proyectar el agua hacia el interior del edificio desde el exterior. Una regla general del Departamento de Bomberos es que no se puede lograr una total efectividad en un chorro tirado por una línea de mano hacia el interior de un edificio más allá del segundo piso; el tercer piso es el más alto al que se le pudiera lanzar un chorro a cualquier ángulo desde el nivel de la calle. Aunque de vez en cuando el agua se debe direccionar al interior del edificio a pesar de saber que la efectividad será limitada. Algunos oficiales están de acuerdo en que la eficacia limitada esta justificada en un incendio confinado dentro de un cuarto del muro exterior de un edificio cuando puede tomar mas tiempo desplazar las lineas de mano a sus respectivas posiciones dentro del edificio para lograr extinguirlo. El golpear a estos incendios con chorros verticales puede mantenerlos de extenderse y reducir la pedidas totales del incendio. La aplicación de chorros maestros montados en camiones, escaleras, o plataformas elevadas son

72

utilizadas mas frecuentemente que las lineas de mano para proyectar chorros a los pisos mas altos de edificios múltiples. Para máxima efectividad los camiones en los cuales se montan los equipos deben ser ubicados al otro lado de la calle del edificio en llamas. En alguna ocasión, cuando el alcance máximo de estos camiones es de 100 pies, se consideraba que la efectividad de los chorros dirigidos desde la calle podría llegar hasta el décimo u onceavo piso, dependiendo de la altura al cual el pitón podría ser elevado por encima del nivel de la calle. Con las plataformas elevadas y escaleras aéreas en operación que se extienden a mas de 100 pies, se han extendido estas limitaciones. El alcance vertical de un chorro contra incendio se obtiene cuando el chorro se descarga perpendicularmente al piso; si embargo, pocas son las ocasiones en las que las condiciones permiten esta clase de ángulo de proyección en un incendio. Los chorros verticales se utilizan en ángulos mayores a 75 grados. Los resultados de un estudio sobre el alcance vertical de chorros directos se muestra en la tabla 4.2. Tabla 4.2. Alcance Vertical de Chorro Directo. Presión del pitón. (psi)

Alcance Vertical (ft) al tamaño del pitón (in.) 1 11/8 11/4 13/8 11/2

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

35 43 51 58 64 69 73 76 79 82 85 87 89 91 92

36 44 52 59 65 70 75 79 83 86 88 90 92 94 96

36 44 52 59 65 70 75 80 84 87 90 92 94 96 98

36 45 53 60 66 72 77 81 85 88 91 93 95 97 99

37 46 54 62 69 74 79 83 87 90 92 94 96 98 100



Pregunta: La formula sugerida para estimar el alcance de chorros verticales se ofrece a continuación. A pesar de que esta formula rara vez da el resultado exacto como lo muestra la tabla 4.2, puede ofrecer resultados suficientemente precisos para las operaciones ordinarias. Determinando el Alcance Vertical de un Chorro Directo. Donde:

S= (VF) (P) S= Distancia. VF= Factor vertical. P= Presión del Pitón.

Valores de los Factores Verticales para diferentes tamaños de boquillas.

¿Cual es el alcance vertical aproximado de una boquilla de 1 pulgada a una presión del pitón de 40 psi? Respuesta: Donde:

S= (VF)(P) S= 105 P= 40 psi S= (105)(40) S= 4200 = 64.8 pies.

La respuesta de la tabla 4.2 es de 64 pies. PENETRACIÓN DEL CHORRO.

½” - 85 5/8” - 90 3/4” - 95 7/8” - 100 1” - 105 1 1/8” - 110

1 1/4” - 115 1 3/8” - 120 1 ½” - 125 1 5/8” - 130 1 3/4” - 135 2” - 145

Notese que la base factores es una boquilla de factor de 85, existe un incremento de 5 por cada tamaño d e la boquilla.

para estos ½” con un factor de 1/8” en el

Figura 4.4

La Penetración del Chorro es la penetración del agua proveniente de una manguera hacia el interior de un edificio. La eficacia de un chorro directo que se descarga al interior de un edificio en llamas depende de la cantidad de agua que realmente alcanza la base del fuego. En la mayoría de las instancias, esto requiere que el agua penetre una cierta distancia dentro del edificio. La penetración máxima se obtiene cuando el chorro entra al edificio justo por encima del marco de la ventana. El intentar cualquier grado de penetración hacia el interior del edificio es impractico usando ángulos de descarga mayores a 75 grados (Figura 4.4). La penetración real de un chorro al interior de un edificio es la distancia horizontal del muro exterior hasta el punto donde el agua reposa dentro del

Descarga a 30 °

Descarga a 45°


Descarga a 75 °

73


edificio. La distancia que el agua recorra después de golpear el techo depende de la construcción del techo, la altura del techo y otros factores. Después de golpear el techo, el agua por lo general viajará por lo menos la misma distancia del muro exterior al punto de impacto con el techo si no es obstruido. Como se menciono previamente, la trayectoria real del chorro contra incendio es una curva ligera en vez de una linea recta debido a la gravedad (Figura 4.5). La trayectoria real tiene sus ventajas cuando se lanzan los chorros a los pisos superiores del edificio, como un chorro curveado golpeará mas lejos sobre el techo que en linea recta. Además, La desviación del agua será de menor ángulo, lo cual resultará en una mayor penetración. Aunque no sea posible determinar la penetración exacta de un chorro dentro de un edificio, se puede hacer un estimado teórico basado en el conocimiento que la penetración real es mayor que la penetración teórica. Triángulos Rector Similares. Los Triangulo rectos similares son dos tamaños diferentes de triángulos rectos que tienen ángulos idénticos. Por ejemplo, Triángulo X y triángulo Y. En la figura 4.6 los triángulos rectos son similares. Los grados dentro del ángulo A son idénticos al del ángulo F, y los grados en el ángulo B son idénticos a los del ángulo G. Con los triángulos rectos similares se pueden establecer proporciones para resolver problemas.

Trayectoria verdadera del chorro.

Trayectoria teórica del chorro.

Figura 4.6

B

G

C J

D

H Y

X

F K

A E

Por ejemplo: D=J E K

C=H E K

D=E J K

Donde se conocen tres de los valores, es fácil resolver el cuarto. Se ilustran ejemplos en los siguientes problemas. Te ó r i c a m e n t e , l a d i s t a n c i a golpeada sobre el techo se puede determinar comparando dos triángulos rectos similares. Cuando se comparan estos triángulos, asuma que la altura de una planta es de 12 pies y la altura de la ventana es de 3 pies. Después se resuelve que son 9 pies del marco de la ventana al techo. La solución de la proporción simple para este tipo de problemas se puede mostrar al referirse a la figura 4.7. Figura 4.7

B

A=9

C=27’ D= 45’

74



Multiplicar cruzado. Determine el costado desconocido de uno de dos triángulos rectos similares usados para encontrar la penetración de un chorro hacia un edificio. Donde: A=C B=D A= Altura del techo por encima del marco de la ventana. B= La distancia del costado exterior del muro al punto de impacto contra el techo. C= La altura del marco de la ventana al piso. D= La distancia del pitón al edificio. Basado en la figura 4.7. A= 9 pies. B= Desconocido. C= 27 pies. D= 45 pies.

3B = (9)(5) 3B = 45 3B = 15 pies. En la practica real, la distancia es mayor que 15 pies. La suposición de este problema es que el chorro viaja en una línea recta y que el pitón esta en el suelo. En realidad, el chorro viaja haciendo una curva descendente debido a la gravedad y el pitón normalmente esta sostenido por encima del nivel del suelo. Pregunta: Se descarga agua desde un pitón ubicado a 60 pies de un edificio. El agua pasa justo por encima del marco de la ventana del tercer piso. ¿A que distancia golpeara el agua al techo (Ver figura 4.8)? Respuesta: A=C B D

Entonces: 9 = 27 B 45

Donde:

Primero, reduzca la fracción 27/45 a sus términos mas chicos dividiendo el numerador y el denominador por 9: 9=3 B=5

A= 9 pies (Del marco de la ventana al techo) B= Se desconoce. C= 27 pies (Del piso a la ventana del tercer piso. D= 60 pies. Entonces:

Figura 4.8 A

9 = 27 B 60

B

C D


Primero reduzca la fracción 27/60 al menor de sus términos por 3.

75


Entonces: 9=9 B = 20 Por multiplicación cruzada:

B

A Octavo Piso

C D

9B= (9)(20)

87’

Se cancela el nueve por ambos lados, dando por resultado.

63’

B=20 pies. Pregunta: Un pitón colocado sobre una escalera a 63 pies sobre el nivel del piso, el agua de la escalera pasa justo por encima del marco de la ventana del octavo piso y golpea el techo a 27 pies del muro exterior. ¿Cual es la distancia del edificio al pitón ubicado en la escalera? (Figura 4.9).

Entonces:

Respuesta:

Por multiplicación cruzada:

Primero reduzca por 9 la fracción 9/27 a su menor termino.

1 = 24 3 D

D= (3)(24) D= 72

A=C B D Donde:

2

A= 9 pies (Del marco de la ventana al techo) B= 27 pies (La distancia del exterior del muro al punto de impacto del agua) C= 24 pies (El piso de la octava planta que esta a 84 pies sobre el nivel del piso (7X12), y 84 - 63= 21 pies, más 3 pies al marco de la ventana. D= Se desconoce. Entonces: 9 = 24 27 D

76

2

La formula C = A + B

2

Ocasionalmente dos lados de un triángulo recto se conoce y la longitud del tercero se debe encontrar. Estos problemas se pueden encontrar usando la siguiente formula (Figura 4.10) 2

2

2

(C = A + B ) Donde: C= La hipotenusa de un triángulo recto. A= Un lado del triángulo recto. B = El otro lado del triángulo recto. La formula se puede escribir para resolver los lados individuales del triángulo recto. Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


Pregunta: Determinando el Lado Desconocido de un Triángulo. C = A2 + B2 2

2

2

2

C= C -A C= C -B Pregunta. Figura 4.10

C A 90°

Un pitón que se ubica a 45 pies de un edificio descarga agua a través de un ventana del tercer piso del edificio. El agua pasa justo por encima del marco de la ventana. ¿Cual es la longitud del chorro desde el pitón al marco de la ventana? (Figura 4.11).

B

2

2

B= C -A Donde:

A= 24 pies (63 - 39) C= 50 pies

Repuesta: C = A2 + B2 Donde: A= 27 Pies B= 45 pies C= 272 + 452 C= 729 + 2025 = 2754 = 52.48 pies

Figura 4.11

3’ C

12’

Un monitor portátil esta operando en el techo de un edificio de tres pisos. El pitón esta ubicado a 3 pies por encima del techo y a la orilla de este. La distancia del viaje que hace el chorro desde que sale del pitón hasta el punto que pasa por la ventana del sexto piso del edificio al otro lado de la calle son 50 pies. ¿Cual es la distancia de la boquilla del pitón al edificio al otro lado de la calle? (Figura 4.12). Respuesta:

A= 27’ 12’

B=

502 - 242 = 2500 - 576 = 1924 = 43.9 pies.

Chorros no Sólidos.

Los chorros sólidos se utilizan más frecuentemente que los chorros directos. Los chorros no sólidos se clasifican como Chorros de niebla. La forma de las gotas de agua provenientes del pitón de niebla y la f i n u ra d e l a n i e b l a d e p e n d e principalmente del diseño del pitón y la presión del pitón. El tamaño de las gotas de niebla tiene un efecto directo sobre la habilidad de absorción del chorro contra incendio. El diámetro optimo de una gota de agua desde el punto d vista

B= 45’

idráulica para el Departamento de Bomberos.

77


de la extinción, esta en el rango de entre 0.3 y 1 mm. Los mejores resultados se obtienen cuando el tamaño de la gota es uniforme; sin embargo, , ningún pitón de uso general es capaz de descargar gotas uniformes de entre la gran variedad de pitones disponibles y capacidades de descarga. La velocidad con la cual se puede extinguir un incendio depende de la relación del tiempo de aplicación de agua con el tiempo de calor generado, el grado de cobertura, y la forma y carácter del agua aplicada. La velocidad con la cual el calor es absorbido por el agua en su estado líquido es directamente proporcional a la superficie expuesta. Este principio se puede ilustrar mejor utilizando el ejemplo del hielo. Un pie cubico de hielo expone 6 pies cuadrados de área para el propósito de la absorción de calor. Si el cubo de hielo se divide en cúbitos de 1 pulgada, entonces hay 1728 de estos cubos disponibles para la absorción de calor. Cada uno de estos cubos expone un área de superficie de 6 pulgadas cuadradas; por lo tanto, en 1728 cubos exponen un área de (6) (1728) o 10,368 pulgadas cuadradas. Esto se puede ver, si el cubo de hielo se coloca en el cuerpo de un líquido tibio y los 1728 cubos de hielo de una pulgada se colocan en un cuerpo identico, los cubos más pequeños absorberán el calor 12 veces más rápidos que el bloque de hielo grande (72/6 = 12) (Figura 4.13). Este principio se aplica a las capacidades de absorción de calor de un chorro sólido contra uno no sólido.

78

Figura 4.12

C A

B 63’

39’

A pesar que el tiempo promedio de absorción del agua en su estado líquido es directamente proporcional a la superficie de exposición, el uso perfecto del agua como agente extintor se puede lograr solo si el agua se aplica en una forma que se convierta el volumen completo en vapor. El agua es aproximadamente seis y media veces más efectivo como agente extintor cuando se encuentra cambiando a líquido a 212°f a vapor que cuando el líquido se aplica a 62°f y su temperatura se eleva a 212°F El agua se puede aplicar contra un incendio con un ataque directo o indirecto. En un ataque directo, el agua se descarga directamente sobre algún material involucrado con el incendio. Los ataques directos se pueden hacer utilizando ya sea un chorro directo o un chorro de niebla (Cono); la mayoría de los pitones de niebla están diseñados para que se pueda elegir entre un chorro directo o un chorro de spray dependiendo de la necesidad. Los ataques directos por lo general se usan cuando la acumulación de calor no se ha convertido en problema, donde la totalidad del material en llamas no esta confinado.

Figura 4.13

Un pie cuadrado de hielo.

1728 pulgadas cuadradas de hielo.



En un ataque indirecto se aplica el agua sobre la atmósfera calentada al material en si. La extinción depende de la absorción de suficiente calor para bajar la temperatura por debajo de la temperatura de ignición del material en llamas. Una aplicación de agua bien dominada no solo absorberá el calor dentro del área inmediata, producirá amplios volúmenes de vapor que fluirán hasta áreas remotas y ayudarán a controlar el incendio. El método de ataque indirecto se desarrolla principalmente como resultado de la investigaciones hechas por el jefe Lloyd Layman junto con el Departamento de Bomberos de Parkersburg, durante su ronda de guardia por la costa de Estados Unidos. Los experimentos del Jefe Llayman se llevan acabo principalmente con chorros de niebla de alta presión, y los resultados demostraron la tremenda efectividad de estos chorros cuando existe una gran cantidad de calor acumulado y el fuego está confinado. Siempre que se planea utilizar el método indirecto para atacar el fuego, se debe considerar el aspecto de seguridad para los Bomberos. La aplicación de estos chorros puede molestar el equilibrio térmico, reduce la visibilidad, y puede causar serias quemaduras por vapor a los Bomberos.

los arreglos de las variaciones. Por lo general, mientras más amplio sea el patrón, menor será el alcance; sin embargo, si dos chorros tienen el mismo patrón y las gotas de los chorros tienen la misma velocidad inicial, el chorro con las gotas más amplias tendrá mejor alcance. Aunque el alcance de los chorros de niebla no es mayor al de un chorro directo, el pitonero tiene la ventaja de poder cambiar el alcance del chorro; un simple giro del pitón da como resultado un cambio en el patrón del chorro. Existen muchas variables dentro del diseño de los pitones que producen patrones de niebla. Algunas boquillas proveen solo un patrón; otras están diseñadas para que descarguen el agua en chorro directo o en chorro de niebla con distintos patrones en sus conos. Solo un tipo genera ambos a la vez. A estos que lanzan un chorro directo y de niebla se les llama pitones combinados. Aquellos que producen los dos distintos chorros a la vez se les llama pitones múltiples. La mayoría de los pitones combinados tienen patrones combinados desde 60° hasta chorro directo. Algunos pitones tienen topes en determinados ajustes y están provistos con unidades de medición para descargar un flujo constante de agua. Otros pueden operar co una p r e s i ó n c o n s t a n t e independientemente del ajuste.

Alcance de los Chorros no Sólidos. Tipos de Pitones Combinados. El alcance de un pitón de niebla depende de la presión del pitón, el tipo de boquilla, el patrón del chorro, y el tamaño de las gotas de agua. El alcance puede variar desde un pie hasta una distancia considerable, dependiendo de


Los jefes de Bomberos eligen su equipo y pitones de acuerdo a los tipos de incendios dentro de sus comunidades. Los distintos problemas de incendios dentro de la comunidad se

79


Pitones Automáticos.

Limite

psi 25 n sió

El padre de este pitón fue el jefe Clyde McMillan, del Departamento de Gary, Indiana. El hizo el diseño inicial del pitón sobre una servilleta una mañana después de un incendio prolongado en Gary, del cual no estaba contento con los resultados logrados utilizando patrones normales. Su concepto original se baso en el concepto del Triángulo del agua (Figura 4.15).

Figura 4.15

510 P Ab as si de tec im entra ien da to

Se les ha llamado pitones inteligente, pensantes, de galonaje variable, auto ajustable, y de presión constante al pitón automático. Están diseñados para mantener una presión al pitón constante independiente al flujo. Esta es normalmente una presión de 100 psi; sin embargo, existen pitones que requieren menos presión. Los pitones son de flujo variable con el flujo dependiente de la elección del operador y de la cantidad de agua que provea el maquinista (Figura 4.14).

0-2

80

Figura 4.14

e Pr

Con excepción de algunos pitones de niebla de alta presión que son de diseño distinto, todos los pitones están disponibles en gran variedad de configuraciones para su uso en lineas Booster, lineas manuales de ataque, y en aplicaciones de chorros maestros. Muchos de ellos están diseñados para operar a 100 psi de presión en el pitón; sin embargo algunos pitones operan a una presión de 50 psi, 75 psi, o alguna otra presión elegida por el operador. Los pitones de niebla a baja presión fueron diseñados para situaciones específicas como incendios en departamento. la ventaja de los pitones de niebla de baja presión es que pueden reducir el esfuerzo que se requiere se para mantener o avanzar una linea. La reducción de la presión del pitón reduce a la par la reacción del pitón, lo

cual hace más sencillo el manejo de la linea.

20

pueden distinguir a partir de ver que es lo que existe para quemar. Es obvio que los problemas de incendio dentro de una comunidad pequeña con escasos edificios e industrias son diferentes a los de grandes ciudades con muchos edificios, una amplia área comercial y una extensa industria. Independientemente los Oficiales de Bomberos tienen las mismas opciones a elegir de entre los distintos pitones combinados. Y a pesar que existe una gran variedad a los que se les llama pitones combinados, se dividen básicamente en cuatro clasificaciones: Pitones automáticos, de flujo constante o galonaje fijo; de galonaje seleccionable o ajuste manual; y Pitones múltiples. Un pitón diseñado específicamente para generar niebla se conoce como Pitón de niebla a alta presión.

Potencia Totalmente Acelerado

Cada lado del triángulo representa uno de los tres limites para el montaje de bombeo. Estos son: 1) Abastecimiento del agua, 2) La fuerza de la bomba, 3) La presión máxima de trabajo permisible. Llevar el bombeo hasta cualquiera de los limites cual sea el que se alcance primero genera la entrega máxima posible para un despliegue particular. Cuando se le bombea a un pitón automático, el maquinista acelera hasta que se alcance cualquiera de los limites del triángulo. Estos limites aparecen de la siguiente forma:



Agua

Deflector.

1. Abastecimiento de agua. Indicado por una presión de 5 a 10 psi en el indicador de entrada o por que la manguera de succión se hace ligeramente blanda. Otra señal es que la bomba tiende a acelerar con variaciones. 2. Presión. Indicado por la presión limitada, usualmente 200 a 225 psi registrados en el indicador de presión de descarga. 3. Potencia. Se da al perder aceleración. Aunque estos límites sacarán lo máximo de cualquier despliegue, no quiere decir que este despliegue no se mejorara. Si se esta trabajando con el límite de presión, el agregar lineas paralelas o de diámetro amplio incrementará considerablemente el flujo. Si el problema es el abastecimiento de agua, la mejora en el lado de la succión es importante. Esto se puede lograr utilizando lineas de succión más grade, usando lineas adicionales para la bomba, o recibiendo agua de fuentes adicionales (Operación de relevo). El límite de potencia se alcanza solo cuando un volumen grande de agua esta siendo descargado. Esto ocurre cuando se intenta proveer demasiada agua a uno o más chorros. La carga se puede distribuir


con una segunda motobomba cambiando lineas. La segunda motobomba se puede distribuir cambiando ciclos junto con la primera usando el mismo hidrante. Para reducir la perdida por fricción se pueden utilizar lineas de diámetro amplio adicionales. Aunque los mismos limites aplican a una motobomba cuando se trabaja con boquillas convencionales, simplemente el trabajar al limite del sistema no genera los resultados deseados a menos que el tamaño de la boquilla sea la exacta. Si el tamaño de la boquilla es demasiado grande un chorro pobre por debajo de su presión es lo que se podrá lograr. Si el tamaño es demasiado chico, se obtendrá un chorro por encima de su presión y no entregará el volumen de agua disponible que si se utilizará el tamaño correcto. Con pitones automáticos, el maquinista podrá lograr la eficiencia máxima tan rápido como pueda ajustar el selector. El pitón automático ajustara simultáneamente el tamaño de la boquilla para entregar de la mejor forma el agua disponible (Figura 4.16). Además del principio del triángulo de agua, el pitón automático utiliza un principio similar al de la válvula de desfogue. Cuando la válvula de desfogue siente un incremento de flujo, por lo general abre una compuerta para tirar el agua y por consiguiente mantener la presión a que se ajusto. Un pitón automático percibe la presión en la base del pitón y se ajusta para mantener la presión del pitón para el flujo que se esta recibiendo. De hecho, el pitón esta constantemente cambiando el tamaño

81


2 50

de la boquilla para ajustar el agua que esta entregando a la presión del pitón apropiada y a la velocidad correcta.

200

Mientras un pitón automático esta diseñado para mantener una presión fija aunque se modifique el flujo, uno de galonaje fijo o flujo constante esta diseñado para proveer el mismo flujo a una presión del pitón específica a pesar de que haya programado un patrón de flujo. Por ejemplo, con un pitón a una velocidad de 150 gpm, un pitonero tiene la capacidad de cambiar el patrón del chorro de chorro directo a chorro de ángulo amplio. Cual sea la elección que tome, la cantidad de agua descargada se mantendrá a 150 gpm. Aunque el flujo se mantiene igual, la mayoría de los pitones de galonaje fijo están diseñados para operar a una presión de pitón programada, por lo general a 100 psi. Sin embargo, existen agunos pitones de esta clase que trabajan a 75 psi. Como se menciono previamente, los

82

H US

Pitones de Galonaje Fijo o Flujo Constante.

FL

Existe una cosa que se debe tener en mente cuando se usen los pitones automáticos. Es imposible que un pitonero calcule la cantidad exacta que descarga el pitón. Un chorro se podrá ver bien, pero quizá no esta abasteciendo realmente el flujo pensado. Esto debe ser una preocupación para el maquinista, quien debe estar alerta constantemente para que se hagan los ajustes necesarios haciendo uso de sus conocimientos de hidráulica para proveer la presión apropiada.

Figura 4.17

pitones están diseñados para su uso en operaciones especiales tales como combate de incendios en edificios. Pitones de Galonaje Seleccionable o de Ajuste manual. A comparación de un pitón de galonaje fijo que esta diseñado para proveer un flujo constante independientemente del patrón del chorro, un pitó de galonaje seleccionable habilita al pitonero para que seleccione el promedio de descarga según crea mas conveniente de acuerdo a la operación (Figura 4.17). Se tiene disponible una serie de ajustes del flujo que permite la elección del flujo deseado a una presión predeterminada. En la mayoría de los casos el pitón esta diseñado para trabajar a 100 psi. Pitones múltiproposito. Los pitones múltiples tienen una habilidad única que es proveer una combinación de chorro contra incendio que incluye un chorro directo y de niebla al m i s m o t i e m p o ( F i g u ra 4. 2 0 ) o independientes (Fig. 4.18 y 4.19). Esta habilidad ofrece un chorro de penetración y una cortina de protección para los



Bomberos que avanzan sobre la linea al frente de un fuego intenso. Un fabricante puede producir un pitón múltiple que tenga la misma capacidad de operar eficientemente trabajando a presiones desde 50 psi hasta 100 psi. Esta característica es adaptable para interiores, exteriores, o para tácticas de combate en edificios.

incendios que involucran líquidos combustibles contenidos en tanques pequeños. El pitón seleccionado para esta operación se le nombro “Pitón Overshot”. Los pitones de niebla a alta presión también han sido exitosos extinguiendo incendios en sótanos o áreas subterráneas. El pitón utilizado para esas operaciones se le denomina “Pitón de sótano”.

Pitones de Niebla de Alta Presión. Elección de Pitones. Figura 4.19

Figura 4.20

Aunque los pitones de niebla a alta presión pueden tener la misma apariencia que otros pitones de niebla, algunos se ven y operan de distinta forma comparados con algunos pitones estándares. Están diseñados para lanzar un chorro muy fino que se aparenta con el de niebla. Para esto se requiere una presión de pitón extremadamente alta, algunos operan con hasta 800 psi. El uso de estos pitones en el combate de incendios estructurales es muy limitado. Sin embargo, son muy efectivos en determinados tipos de incendios. Un buen ejemplo es un incendio que involucre materiales combustibles como el magnesio. Un incendio en magnesio es un incendio en masa derretida. Si se aplica agua de manera sólida, penetra la superficie del metal y se expande a un ritmo de 1700 a 1, dando como resultado una reacción violenta semejante a la de una explosión. Al utilizar u chorro de niebla a alta presión en este tipo de incendios se aplica el agua a manera de brisa muy fina sobre la superficie del material evitando el peligro de penetración y expansión. Existen otros ejemplos para el uso de los pitones de niebla a alta presión. Ocasionalmente se usan para extinguir


Los Oficiales de Bomberos cuando piensan adquirir algún nuevo pitón consideran los tipos de incendio dentro de su comunidad y la cantidad de personal asignado a cada Compañía. No siempre es sencilla la elección de un pitón ya que la variedad es muy amplia. Por ejemplo, las boquillas de chorro sólido están disponibles en medidas de ½” hasta 2 3/4 y 3 pulgadas. Sin embargo, la tarea se ha simplificado gracias a las tácticas de combate que se han desarrollado. Los pitones para líneas de 1 a 2 pulgadas son por lo general pitones de niebla. Los pitones que se utilizan con líneas de 2 ½” y en aplicación de chorro pesado tienen aplicaciones de con chorros grandes, tienen boquillas smooth-bore o de niebla. Cuando se considera la elección de un pitón se debe pensar en el flujo que se busca y en quien controlará el flujo. La cantidad deseada de flujo se relaciona mucho con el tamaño de la manguera de la Compañía. Los flujos para boquillas de chorro sólido están claramente determinado; sin embargo, los flujos del pitón de niebla varían considerablemente. Los flujos en los pitones utilizados en mangueras de 1”

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varían de 20 a 30 gpm. Para los de 1 ½” se espera un flujo de 95 a 125 gpm. La cantidad incrementa para las mangueras de 1 3/4 y 2 pulgadas de 125 a 200 gpm. El flujo del pitón lo controla el pitonero cuando usa boquillas smooth-bore. También se controla el pitón con pitones de niebla con galonaje seleccionable. Sin embargo, con el pitón de flujo constante y pitones automáticos, el flujo lo controla el maquinista; de hecho, casi en todo momento el maquinista es quien controla el flujo en los pitones. Un buen ejemplo es con un pitón de galonaje seleccionable; la cantidad de flujo la elige el pitonero, pero no esta disponible a menos que el maquinista aplique la cantidad suficiente de agua al pitón. La misma lógica aplica para pitones automáticos. La presión del pitón se mantiene igual a pesar del flujo, pero la cantidad de agua se reduce a menos que el maquinista continúe aplicando la cantidad requerida por el pitón. Velocidad de flujo. La velocidad de flujo a la que pasa el agua por determinado punto conforme viaja en una dirección determinada. La velocidad de flujo de un chorro depende de la presión de descarga o de la punta del agua que causa el flujo. La velocidad de flujo se mide en pies por segundo (fps), pero también se puede medir en pies por minuto (fpm), en pulgadas por segundo (ips), o pulgadas por minuto (ipm).

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Cuando se conoce la velocidad de flujo en algunas unidades de medición, se puede cambiar voluntariamente a alguna otra unidad. A. Pies por segundo (fps) se puede cambiar a: ! Pies por minuto (fpm) multiplicandolo por 60 (La cantidad de segundos en un minuto). ! Pulgada por segundo (ips) al multiplicar por 12 (El numero de pulgadas en un pie) ! Pulgadas por minuto (ipm) al multiplicar por 720 (12 X 60). B. Pies por minuto (fpm) se puede cambiar a: ! Pies por segundo (fps) dividiendo en 60 (El numero de segundos en un minuto). !P u l g a d a s p o r m i n u t o ( i p m ) Multiplicando por 12 (Pulgadas en un pie). !P ulgadas por s e gundo (ips ) dividiendo por 5 (Multiplicando por 12 y dividiendo entre 60). C. Pulgadas por segundo (ips) se puede cambiar a: ! Pies por segundo (fps) dividiendo por 12. ! Pulgadas por minuto (ipm) multiplicando por 60. ! Pies por minuto (fpm) multiplicando por 5 (Dividiendo por 12 y multiplicando por 60) D. Pulgadas por minuto (ipm) se puede cambiar a: ! Pulgadas por segundo (ips) dividiendo por 60. ! Pies por minuto (fpm) dividiendo por 12. Pies por segundo (fps) dividiendo por 720.



PE = MGH Existen dos formulas disponibles para determinar la velocidad de flujo de agua descargada desde una abertura: Determinar la velocidad de flujo de agua desde una abertura cuando se conoce la punta. V= 8 H Donde: V= Velocidad de flujo en pies por segundo. H= Punta. Determinar la velocidad de flujo de agua descargada desde una abertura cuando se conoce la presión.

Donde: PE= Energía potencial. M= Masa. G= Aceleración por gravedad. H= Altura o cabeza. y KE= ½ MV2 Donde: KE= Energía Quinestésica. M= Masa. V= Velocidad. Entonces: 2 ½ MV = MGH Cancele: ½ MV2 = MGH Y multiplique ambos lados por 2 y cancele.

V= 12.14 P (2)(½)V2 = 2GH Donde: V= Velocidad de flujo en fps. P= Presión de descarga.

Después tome la raíz cuadrada de cada lado. 2

V = 2GH Nota. La respuesta en ambas formulas se obtiene en fps. Es interesante como estas dos formulas fueron desarrolladas. La velocidad producida por una masa de agua con una presión que actúa sobre si es la misma si la mas de agua iniciara a caer libremente de estar en reposo a través de una distancia equivalente en pies a la presión de la punta. La energía potencial de la masa es igual a la energía quinestésica. La energía quinestésica puede expresarse con la siguiente formula:


2

Ya que la raíz cuadrada de V = V, nos da: V= 2GH La aceleración de la gravedad es 32 pies por segundo cuadrado, sustituya este valor con G. V= 2 X 32H = 64H = 8 H

85


Después sustituya 2.304P en la formula para H

Entonces: V= 8 125 V= (8)(11.18) = 89.44 fps

V= 8 2.304P Ahora, 2.304 = 1.518 y entonces V= (8)(1.518) P = 12.14 P La formula V= 8 H Pregunta: ¿Cual es la velocidad de flujo de agua descargada del hoyo de un tanque si el hoyo esta a 85 pies debajo de la superficie del agua? (Figura 4.21) Respuesta: V= 8 H Donde: H= 85 pies.

Figura 4.21

85´

La formula V= 12.14 P En la formula V= 12.14 P la P se refiere a la presión de flujo La presión de flujo es la misma que la presión del pitón siempre que este en uso. Siempre que un pitón no esta en uso, como cuando la salida esta fluyendo por la salida de un hidrante, la presión de flujo se referirá a la presión de descarga.

Figura 4.22

Pregunta: Un maquinista provee agua a través de una manguera sencilla de 400 pies con 2 ½ pulgadas de ancho equipada con un pitón de 1 1/4 de salida. La presión es de 50 psi (Figura 4.23) ¿Cual es la velocidad de flujo en la boquilla?

125’

Respuesta:

Entonces: V= 8 85 V= (8)(9.22) = 73.76 fps.

V= 12.14 50 Donde: P= 50 psi

Pregunta:

Entonces:

Un hidrante esta ubicado sobre la base de un contenedor de gravedad. La distancia de la salida del hidrante al nivel del agua en el contenedor son 125 pies (Figura 4.22). ¿Cual es la velocidad de flujo del hidrante en fps?

V= 12.14 50 = (12.14)(7.07) = 85.83 fps

Figura 4.23

Presión en el pitón (NP) = 50 psi

Respuesta. V= 8 H

Manguera de 400’ 2 ½ Punta de 1

Donde:

1/4

H= 125 pies

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Pregunta: Un hidrante esta ubicado a ½ milla aproximadamente de la reserva que surte. El nivel del agua en la reserva es de 200 pies sobre la salida del hidrante. Debido a la perdida por fricción en los ductos, la presión en el hidrante es de 65 psi (Figura 4.24). ¿Cual es la velocidad de flujo desde el hidrante en fps? Respuesta: V= 12.14 P

cuatro veces mas grande que el área de la punta del pitón, entonces el agua en la manguera viajará cuatro veces más lento que el flujo en la punta del pitón (Figura 4.25). La relación puede ser ilustrada con la siguiente formula: Comparación de la velocidad de flujo dentro de la manguera contra la velocidad de flujo dentro de la punta del pitón. 2

2

VD = vd

Donde: P= 65 psi

Donde:

V= 12.14 65 = (12. 14)(8.06) = 97.85 psi.

V= Velocidad de flujo a través de la manguera. v= Velocidad de flujo en la punta del pitón. D= Diámetro de la manguera. d= Diámetro en la punta del pitón.

Entonces:

Comparación de la velocidad de flujo en la manguera contra la velocidad de flujo en la punta del pirón. Es posible determinar la velocidad de flujo del agua dentro de una manguera cuando se sabe la velocidad de flujo dentro de la punta del pitón. La velocidades relativas del agua dentro de la manguera y del agua cuando deja la punta del pitón se encuentran en una relación inversa con las áreas relativas de la manguera y de la punta del pitón. Por ejemplo, si el área de la manguera es

Figura 4.24

200’ Presión de flujo 65 psi


Para encontrar la velocidad de flujo en la manguera cuando se sabe la velocidad de flujo del pitón, se escribe la siguiente formula: Determinando la velocidad de flujo dentro de una manguera cuando se conoce la velocidad de flujo en la punta del pitón. 2

V= vd 2 D

Pregunta: Si la velocidad de una punta de 1 1/4 de pulgada en una manguera de 2 ½” son 200 FPS, ¿Cual es la velocidad de flujo dentro de la manguera? (Figura 4.26).

87


Respuesta:

1 fps 4 fps

2

V= vd D2 Donde:

v= 200 fps d= 1.25 pulgadas. D= 2.5 pulgadas.

Figura 4.26 O 2 ½”

Punta 1

1/4”

V= ¿? V= 200 fps

Entonces: V= (200) (1.25) (1.25) (2.5) (2.5)

Figura 4.27 O 3 ½” Punta 1 ½”

= 312.5 6.25

V= 30fps V= ¿?

= 50 fps. Donde: Para encontrar la velocidad de la punta del pitón cuando la velocidad de flujo en la manguera se conoce, la formula se escribe como sigue:

V= 30fps D= 3.5 Pulgadas. d= 1.5 Pulgadas. Entonces:

Determinando la velocidad de flujo en la punta del pitón cuando se sabe la velocidad de flujo de la manguera. 2

v= VD 2 d

= 367.5 2.25 = 163.33

Pregunta: El agua fluye a un tiempo de 30 fps a través de una linea de 3 ½”. La linea esta equipada con una boquilla de 1 ½”. ¿Cual es la velocidad de flujo de la boquilla? (Figura 4.27). Respuesta: 2

v= VD 2 d

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v= (30) (3.5) (3.5) (1.5) (1.5)

Estas formulas se pueden utilizar para comparar la velocidad del flujo en muchas lineas de diferentes tamaños si la misma cantidad de agua fluye a través de cada linea. Cuando se usan estas formulas para este propósito, V= velocidad del flujo en mangueras grandes. v= Velocidad del flujo en mangueras mas pequeñas. D= Diámetro en mangueras grandes. d= Diámetro en mangueras chicas.



Pregunta: Manguera de 2” V= 300 fps

Manguera de 3”

V= ¿?

Si la velocidad de flujo de una manguera de 2 pulgadas es de 300 pies por segundo, ¿Cual es la velocidad de flujo de una manguera de 3 pulgadas si la misma cantidad de agua fluye en cada línea? (Figura 4.28). Respuesta:

principio de física aplica a la descarga de agua de un pitón. La cantidad de fuerza resultante de la acción de chorro de la descarga depende de la cantidad de agua descargada por el tiempo promedio en el cambio de velocidad. Hace algunos años, las pruebas fueron llevadas a cabo por E. M. Byington del Cuerpo de Bomberos de Boston lo que llevo a la siguiente formula para aproximar la cantidad de reacción.

2

V= vd D2

2

Reacción del pitón (en Libras) = 1.5D P Donde:

Donde:

D= Diámetro del pitón. P= Presión del pitón.

v= 300 fps. d= 2 pulgadas. D= 3 Pulgadas. Entonces: V= (300)(2)(2) (3)(3) = 1200 9 = 133.33 fps Reacción del pitón. La reacción del pitón es una fuerza que se mueve en dirección opuesta al del agua que sale del pitón. La cantidad de esta fuerza se base en la tercera ley de movimiento de Newton que establece que para cada acción hay una reacción opuesta y equivalente. Este

El manual de entrenamiento de la IFTA modifico un poco esta formula y utiliza la siguiente. Determinar la reacción del pitón de una boquilla chorro sólido. 2

Reacción del Pitón = 1.57D P Donde: D= Diámetro del pitón. P= Presión del pitón. Esta formula se usa en este libro. Pregunta: Se descarga agua con una boquilla de 1 1/4” a una presión del pitón de 50 psi. ¿Cual es la reacción del pitón (NR) (Figura 4.29).

Figura 4.29 Punta 1

1/4”

50 psi

Respuesta: NR= 1.57VD2P

NR= ¿?


89


Donde: D= 1.25 pulgadas. P= 50 psi Entonces: NR= (1.57)(1.25)(1.259)(50) NR= 122.66 Libras. La fuerza de esta reacción se aplica en dirección opuesta al flujo de la boquilla. La reacción sería aplicada contra la motobomba si la línea de descarga estuviera en línea recta perfecta; sin embargo, en situaciones de combate de incendio reales las lineas están en el piso y el pitón es sostenido por Bomberos (Figura 4.30). La fuerza real que un Bombero debe contrarrestar es menor que aquella determinada por la formula. Una buena porción de la fuerza se lleva hacia arriba por medio de la linea en contacto en el suelo. Si se cambia la dirección del chorro de un ángulo cerrado a un ángulo de descarga vertical, la reacción resultante cambia: Mucha de la fuerza que había sido elevada desde el piso se trasmite a la línea individual (Figura 4. 31). Este cambio también pone al individuo en una situación muy desfavorable para resistir la fuerza. Cambios repentinos en el ángulo de descarga provocan como resultado que la linea se escape de las manos del Bombero. Los Bomberos deberán estar alertas ante esta posibilidad. Donde impacte el chorro no afectará la reacción del pitón. Si el chorro fuera desplazado de un área abierta para aplicarla al costado de un edificio, la reacción del pitón se mantendría igual.

90

Reacción momentánea del pitón. La presión en la boquilla del pitón es igual a la presión de la fuerza si: 1) La boquilla del pitón esta cerrada y no hay flujo de agua en la linea. 2) La linea esta acostada sobre el piso para que no haya presión regresiva o de avance. Si se bombea a una presión de 200 psi, entonces la presión en la boquilla del pitón es de 200 psi cuando esta cerrado el pitón. Se aplican los 200 psi totalmente a la descarga cuando se abre la boquilla. Esta presión se desvanece rápidamente hasta que la boquilla se abre completamente y se ha establecido la presión de flujo. Se ha estimado que durante la apertura del pitón, la reacción momentánea del pitón es aproximadamente del 20 porciento mayor que la reacción del pitón de una presión de flujo establecida. Este incremento esta establecida en la formula de la reacción momentánea del pitón. El factor 1.57 en la formula de la reacción del pitón dado hace un momento se incrementa 20 porciento.

Figura 4.30

La fuerza es absorbida.

Figura 4.31 El resultado es una tendencia a doblarce.

20% de 1.57= (.20)(1.57)= .31 Entonces: 1.57+.31=1.88 pera el factor de la formula de reacción momentánea del pitón: Determinando la reacción momentánea del pitón para una boquilla de chorro sólido. Reacción momentánea 2 del pitón = 1.88 D P Pregunta: ¿Cual es la reacción momentánea del pitón de una boquilla de 1 ½” cuando la presión es de 70 psi? Hidráulica para el Departamento de Bomberos.


L a fo r m u l a c o m ú n m e n t e aceptada para determinar la descarga desde una boquilla es:

Respuesta: Reacción momentánea del pitón = 1.88 D2 P Donde: D= 1.5 P= 70 psi Entonces: Reacción momentánea del pitón= (1.88)(1.5)(1.5) (70)

Descarga= 29.71D2 P Donde la respuesta se expresa en gpm. Entonces, la formula se puede escribir: 2

gpm= 29.7D

P

Esta formula puede 2 manipulada para resolver por D .

ser

= 296.1 libras. 2

D= Pregunta:

gpm__ 29.7 P

Si la reacción del pitón de una boquilla de flujo es de 130 libras. ¿Cual es la reacción momentánea del pitón de la misma boquilla?

El valor de D2 puede ser sustituida por la reacción del pitón con la formula:

Respuesta:

Donde:

NR= 157D2 P

D2= Reacción momentánea del pitón= 120% de NR = (1.20)(130) = 156 libras.

gpm__ 29.7 P

Entonces: NR= (1.57)(gpm)(P) 29.7 P

Reacción de pitones de niebla. La reacción que da del pitón a 1.57 D P solo aplica a boquillas de chorro sólido. La reacción para pitones de niebla es menor por que el agua se descarga con un patrón amplio y toda la reacción no la recibe directamente el pitonero. Con el incremento del uso de los pitones de niebla, es importante que haya un método disponible para determinar la reacción del pitón en estas boquillas. Se puede desarrollar una formula para usarse en pitones de niebla sustituyendo al chorro sólido dentro de esta.

Dividiendo 1.57 por 29.7 nos da .0529, entonces:

2


NR= (.0529)(gpm)(P) p Multiplique ahora el denominador y el numerador por P NR=(.0529)(gpm)(P)( P) ( P)( P) Ahora multiplique ( P)( P) en el denominador, recordando que ( P)( P)= P

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NR=(.529)(gpm)(p)( P) P Cancele las P: NR= (.0529)(gpm)( P)

Nota: La formula comúnmente aceptada es: NR=(.0505)(gpm)( P) Esta formula se usará en los problemas de este libro. Esta formula puede utilizarse en cualquier pitón de niebla, independientemente de la presión del pitón, siempre y cuando se conozca el flujo y la presión del pitón. Sin embargo, la mayoría de los pitones de niebla están promediados a 100 psi de presión del pitón, la formula se puede simplificar para el campo de la siguiente manera: Determinando la reacción del pitón para pitones de niebla. NR= (.05)(gpm)( P) Donde: P= 100 psi Entonces: NR= (.05)(gpm)( 100) NR= (.05)(gpm)(10) NR= .5 gpm La reacción del pitón equivale a la mita del flujo. Por ejemplo, la reacción del pitón de flujo constante de 200 gpm se mantiene a 150 libras, mientras que la reacción del pitón de otro a 50 gpm se mantiene a 250 libras.

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Es interesante ver que si la formula se resuelve para una presión del pitón de 75 psi, el cual es una de las presiones de pitón más comunes, la reacción aproximada es de un tercio de flujo. En campo, un flujo constante de 300 gpm promediado a 75 psi tiene una reacción del pitón de constante de 100 libras aproximadamente. Comparación de las reacciones del pitón en varias boquillas. El incremento en la reacción del pitón en una boquilla de chorro sólido chica a una más grande del mismo tipo bajo la misma presión del pitón varía directamente como el cuadrado de los diámetros. Esto se muestra en la siguiente formula. Comparando la reacción del pitón en diferentes boquillas. Factor de incremento= D2 d2 Donde: D= Boquilla de diámetro ancho. d= Boquilla de diámetro pequeño. Nota: La formula se determino al comparar NR por dos boquillas de tamaño diferente. Factor de 2 incremento= 1.57 D P 1.57d2 P Donde: D= Boquilla de diámetro amplio d= Boquilla de diámetro pequeño. Entonces cancele 1.57 y P: Factor de Incremento= 1.57 D2 P 2 1.57d P



Reacción del Pitón en Escaleras. Pregunta: ¿Cual es la reacción del pitón de una boquilla de 2.5 pulgadas si la reacción del pitón de 1 pulgada es de 120 libras y la presión del pitón es la misma en ambos? Respuesta: Factor de 2 incremento= D 2 d Donde: D= 2 pulgadas. d= 1 pulgada. Entonces: Factor de Incremento= (2)(2) (1)(1) = 4 Entonces: NR de 2 pulgadas = (4)(120) = 480 libras.

Figura 4.32

NR


Mientra que gran parte del efecto de la reacción del pitón la absorbe el piso ya que las lineas están a nivel del suelo, estos efectos pueden ser peligrosos cuando se trabaja en escaleras. En tales casos, es importante que los Bomberos estén asegurados a la escalera y la escalera misma también esta asegurada. Las escaleras no aseguradas pueden ser apartadas del edificio a causa de la reacción del pitón, poniendo al Bombero expuesto a un gran peligro (Figura 4.32). Reacción del pitón en aplicaciones de chorros maestros elevados. La reacción del pitón de las boquillas amplias bajo altas presiones es muy alta. Por ejemplo, La reacción del pitón de 2 pulgadas a 100 libras de presión es de 600 libras aproximadamente. Esta es una cantidad de fuerza increíble que actúa sobre la palanca de algún aparato en extensión, y si se maneja inapropiadamente, puede darnos serios problemas. Esto es particularmente peligroso cuando las escaleras se ponen en operación. Una escalera con pitón u otros chorros manejados con escaleras aéreas siempre deben operarse en linea con la estructura. El pivoteo de la escalera solo debe usarse si se es necesario cambiar la dirección del chorro. Otras de las precauciones a tomar es nunca elevar o descender la canasta o la escalera cuando el pitón este operando. Bajo ninguna circunstancia se debe mover los camiones cuando se esta descargando agua.

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Se debe dar cuidado especial para asegurar que los chorros disparados desde escaleras se cierren lentamente. Cuando el pitón esta descargando agua, la reacción del pitón aplica tención sobre la escalera perpendicularmente a la linea de descarga de agua. El cerrar rápido el pitón puede resultar en una liberación repentina de tensión (Presión por estrés). Lo cual puede provocar un efecto látigo pudiendo hacer que la escalera se volteé. Este cierre súbito lo puede provocar el Bombero al cerrar el pitón o el maquinista al cerrar el flujo de agua al pitón.

minimizarlo por lo menos, cerrando parcialmente el pitón rápidamente y después, lentamente cerrarlo por completo hasta que quede cerrado. Un pronto, cierre parcial libera la mayoría de la reacción del pitón y evita el estrés que de otra forma debería contenerla el pitonero.

Golpe de Ariete. La tensión repentina de algún cuerpo provoca una fuerza, la cantidad depende de la aceleración y el peso del cuerpo en movimiento. Mientras más rápido se detenga el cuerpo, mayor será la fuerza; la fuerza máxima se produce en la detención espontánea. El cierre repentino en los pitones provoca hondas de impacto que viajan desde el pitón hasta la fuente de abastecimiento (Sea motobomba o hidrante) y de nuevo al pitón. La presión provocada por estas hondas se llama Golpe de Ariete. El golpe de ariete puede provocar que algunas leneas se revienten durante las operaciones. Esta reacción se puede prevenir cerrando lentamente el pitón. Ocasionalmente debido a una emergencia, es necesario cerrar rápidamente las lineas. Se puede prevenir el golpe de ariete, o

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Sumario de formulas: Alcance Horizontal

Donde: S=

V= Velocidad de flujo en fps. P= Presión de descarga.

(HF)(P)

Donde: S= Distancia. HF= Factor Horizontal. P= Presión del pitón. o

Comparación de la velocidad de flujo dentro de la manguera contra la velocidad de flujo dentro de la punta del pitón. VD2= vd2

S= ½ P + 26 Donde: S= Distancia. P= Presión del pitón.

Donde: V= Velocidad de flujo a través de la manguera. v= Velocidad de flujo en la punta del pitón. D= Diámetro de la manguera. d= Diámetro en la punta del pitón.

Alcance Vertical Donde: S= (VF) (P) S= Distancia. VF= Factor vertical. P= Presión del Pitón.

Reacción del pitón. Penetración de un chorro hacia un edificio.: A=C B=D Donde: A= Altura del techo por encima del marco de la ventana. B= La distancia del costado exterior del muro al punto de impacto contra el techo. C= La altura del marco de la ventana al piso. D= La distancia del pitón al edificio. C2 = A2 + B2

Reacción del Pitón = 1.57D2P Donde: D= Diámetro del pitón. P= Presión del pitón. Reacción momentánea del pitón. RMP = 1.88 D2 P Reacción del pitón para pitones de niebla. NR= (.05)(gpm)( P) Donde: P= 100 psi

Donde: C= La hipotenusa de un triángulo recto. A= Un lado del triángulo recto. B = El otro lado del triángulo recto. Velocidad de flujo

La formula para pitones de niebla con rango de 100 psi es NR= gpm 2

V= 8 H Donde: V= Velocidad de flujo en pies por segundo. H= Punta. o V= 12.14 P


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Preguntas de repaso.

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1.- ¿Cual es la formula para el alcance horizontal y cual la del vertical? 2.- ¿Cuales son las formulas para a) Encontrar la velocidad del flujo cuando se conoce la punta. b) Para encontrar la velocidad de flujo cuando se sabe la presión. c) Comparando la velocidad de flujo dentro de la manguera con la de la boquilla. d) Encontrar la velocidad de flujo cuando se conoce la velocidad de flujo de la boquilla. e) Encontrar la velocidad de flujo en la boquilla cuando se conoce la velocidad de flujo en la manguera. f) Para determinar la reacción del pitón. g) Determinar la reacción momentánea del pitón. h) Para comparar las reacciones de los pitones con distintos tamaños de boquillas? 3.- ¿Cuales son los factores en el alcance horizontal para boquillas de ½ a 2 pulgadas? 4.- ¿Cuales son los factores de alcance vertical para boquillas de ½ a 2 pulgadas? 5.- Desde el punto de vista de quien extingue, ¿Cual es el objetivo principal de las tácticas de combate de incendios? 6.- ¿Cuales son algunos de los factores que afectan un chorro al salir por el pitón y al dejarlo? 7.- ¿Cuando se utilizan los chorros sólidos? 8.- Que necesita un chorro sólido para ser efectivo? 9.- Cuando se hace un uso perfecto del agua como agente extintor? 10.- Que precauciones se deben tomar cuando se trabaja con chorros sobre escaleras? 11.- ¿Que cuidados se deben tomar cuando se trabaja con escalas? 12.- Teóricamente, ¿Cuando alcanza un chorro sólido su máximo alcance horizontal?. 13.- ¿Cuales son las presiones ideales para un chorro sólido? 14.- Bajo condiciones reales, ¿Cuando alcanza un chorro sólido su mayor alcance horizontal? 15.- ¿Que método se puede utilizar para cerrar un pitón y restringir o eliminar el golpe de ariete? 16.- ¿Que sistema se usa para determinar la penetración teórica de un chorro dentro de un edificio? 17.- Como puede uno determinar el costado desconocido de un triángulo recto cuando se saben las medidas de los otros costados? 18.- ¿Cual es la presión común para los chorros de niebla? 19.- ¿Cuales son los cimientos básicos de las operaciones del Cuerpo de Bomberos? 20.- ¿Cual ha sido el mayor impacto en las operaciones de extinción hechas en los últimos años? 21.- ¿Cual será probablemente el mayor suceso más alla de tener un hidrante delante de cada edificio? 22.- ¿Cual es la perdida de fricción de una manguera de 5 pulgadas por 100 pies a 500 galones por minuto? 23.- ¿Cuales son algunas de las consideraciones a tomar cuando se usan MDA. 24.- ¿Cuales son los pitones para boquillas tipo chorro sólido? 25.- ¿Cual es la máxima capacidad de descarga para una linea de mano? 26.- ¿Que son los triángulos rectos similares? 27.- Define los problemas de incendio dentro de una comunidad 28.- ¿Cuales son las cuatro clasificaciones para pitones de niebla? 29.- ¿Que son los pitones automáticos? 30.- ¿Cual es el principio del triángulo del agua? 31.- Define que es un pitón de niebla de flujo constante. 32.- ¿Que es un pitón de niebla de alta presión? 33.- ¿Como funciona un pitón de niebla de ajuste manual? 34.- ¿Cual es la formula operativa para la reacción del pitón en los pitones de niebla que operan de 75 a 100 psi?



Examen Cuatro. 1.- Cual es el alcance horizontal aproximado de una boquilla de 1 ½ pulgadas a una presión de 60 psi?. 2.- ¿Cual es el alcance vertical aproximado de una boquilla de 2 pulgadas a una presión de 80 psi? 3.- Se esta descargando agua desde un pitón ubicado a 65 pies del edificio. El agua apenas pasa sobre el marco de la ventana del cuarto piso. ¿A que distancia sobre el techo golpeará el chorro? 4.- La escalera esta ubicada sobre una escalera a 50 pies sobre el nivel del piso. El agua apenas pasa sobre el marco de la ventana del séptimo piso y golpeando el techo a 20 pies del muro exterior. ¿Cual es la distancia del edificio a la escalera? 5.- Se esta disparando agua a través de la ventana del cuarto piso de un edificio. El pitón que la descarga esta a 55 pies del edificio. El chorro pasa justo por del marco y golpea el techo a 15 pies. ¿A que altura del suelo esta el pitón?. 6.- ¿Cual es la velocidad de flujo del agua que sale del orificio de un tanque si el orificio esta a 60 pies por debajo de la superficie del agua? 7.- Se abastece un hidrante desde una reserva ubicada en la loma detrás de Centerville. El nivel de agua de la reserva esta a 250 pies por encima del hidrante. Debido a la perdida por fricción en los dúctos, la presión de flujo en los hidrantes es de 75 psi. ¿Cual es la velocidad de flujo del agua en el hidrante?. 8.- Si la velocidad de flujo en la boquilla de 1 1/4 de pulgada en una manguera de 2 ½ es de 125 fps, ¿Cual es la velocidad de flujo en la manguera?. 9.- Agua atraviesa una manguera de 1 ½ pulgadas a 25 fps. La linea esta equipada con una boquilla de 5/8. ¿Cual es la velocidad de flujo de la boquilla? 10.- Una linea manual de 2 ½ pulgadas con una boquilla de 1 1/8 de pulgada se esta empleando en un incendio en bodega. La presión del pitón es de 60 psi. ¿Cual es la reacción del pitón? 11.- ¿Cual es la reacción momentánea del pitón en una boquilla de 1 1/4 de pulgada a 60 psi? 12.- El camón 5 esta utilizando una boquilla de 5/8 de pulgada en una linea sencilla de 1 ½ pulgadas. El camión 3 esta usando una manguera de 2 ½ pulgadas con boquilla de 1 pulgada. La presión del pitón es de 50 psi en ambas. ¿Cuantas veces mayor será la reacción del pitón en la linea utilizada por el camión 3 a diferencia del camión 5?

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hidraulica 1 al 4.pdf

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