Hidráulica para Bomberos

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..................................................................6 Figuras de hidráulica básica para el departamento de incendios. ..........10 Principios de presión sobre el agua.....................................................12 Principios de presión en líquidos. .......................................................12 Punta ..............................................................................................14 Determinar la presión cuando la punta se conoce.................................14 Determinar la altura de la punta cuando la presión se conoce...............15 Presión de elevación. ....................................................................... 16 Presión de respaldo...........................................................................16 Edificios de múltiples pisos ................................................................17 Presión de avance............................................................................18 Líneas extendidas cuesta arriba o cuesta abajo.................................. 18 Elevaciones combinadas ...................................................................19 Fuerza sobre la base de un contenedor. .............................................20 Fuerza sobre válvulas tipo clapper (automáticas) ...............................21 Repaso de los ejercicios ....................................................................22

Hidráulica para el Departamento de Bomberos.

Capitulo 2 Tanques de agua y capacidad de mangueras. Pies cuadrados y Pies cúbicos ........................................................... 24 Pie cuadrado ................................................................................... 24 Pie cúbico ....................................................................................... 25 Cuadrados, rectángulos y círculos ..................................................... 25 Cuadrados ...................................................................................... 25 Rectángulos .................................................................................... 25 Círculos ........................................................................................... 25 Capacidad en volumen de los contenedores ..................................... Determinar el volumen de un contenedor .......................................... Capacidad de un contenedor en galones .......................................... Capacidad de carga de un contenedor .............................................. Mangueras contra incendios ............................................................ Volumen de las Mangueras de extinción ............................................ Capacidad en galones de una manguera contra incendio .................... Sumario de formulas ....................................................................... Repaso de ejercicios ........................................................................ Examen Dos ....................................................................................

PREFACIO

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Luis Fernando Vázquez Ramírez. 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. Gene Mahoney. Hidraulic for fire Deparment.

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Hidráulica para el Departamentol de Bomberos.

Introducción.

Luis Fernando Vázquez Ramírez. 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.

Hidráulica para el Departamentol de Bomberos.

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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´ 7


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). 10

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 12

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

13


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

14

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. 15


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

16

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 17


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

18

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.


19


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)

20

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. 21


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.


22

¿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.

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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 24

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

25


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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Hidráulica para Bomberos

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