hidraulica

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DEPARTAMENTO DE CAPACITACION Prevención de Incendios Biblioteca Técnica Tecin Rosenbauer Nota Técnica Nº 0130

LA HIDRAULICA APLICADA A LA LUCHA CONTRA INCENDIOS

1998 TECIN ROSENBAUER S.A. Montes de Oca 6719 –( 1605 ) - Munro – Pcia de Buenos Aires - Argentina Tel. 54 11 4766 4440 Fax 54 11 4763 4188

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Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.

Nota No tass Téc Técni nica cass Nº 01 0130 30

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PROPOSITO DE ESTE TRABAJO:

1. RECORDAR LOS CONOCIMIENTOS DE HIDRAULICA GENERAL GENERAL PARA LA LA PREPARACION DE CAMPOS DE ACCION DE LUCHA CONTRA INCENDIO POR MEDIO DEL AGUA 2. HACER UNA PEQUEÑA RESEÑA RESEÑA DE LOS EQUIPOS Y SU FUNCIONAMIENTO PARA EL MANEJO DE AGUA EN LA LUCHA CONTRA INCENDIOS

INTRODUCCION

DE LA DEFINICION DE "BOMBEROS" : "LOS QUE MANEJAN LAS BOMBAS" QUEDA CLARAMENTE ESTABLECIDA LA RELACION DE LA ACTIVIDAD DE LOS QUE LUCHAN CONTRA EL FUEGO Y LOS ACCESORIOS PARA EL MANEJO DEL AGUA EN SUS DIVERSAS FORMAS





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CAPITULO I 1 - EL AGUA El agua es el elemento más abundante y corrientemente utilizado entre los medios de lucha contra incendios. Su costo es bajo con relación a otros medios, se encuentra en muchos lugares y sus cualidades de extinción son optimas debido a su gran poder de absorción del calor. El enfriamiento producido por el agua hace perder al fuego su poder energético y retarda la combustión. Para hacer comprensible algunos mecanismos físicos y químicos es necesario conocer algunas de las cualidades y los comportamientos teóricos de los elementos que nos ocupan. La capacidad capacidad de absorción de calor del agua está determinada por su calor especifico y su calor latente de vaporización. vaporización . El calor especifico del agua, agua , Es la cantidad de calor que se debe aportar a 1 gramo de agua para elevar su temperatura en 1 *C, esto es por definición: 1 caloría.-

El calor latente de vaporización del agua, es la cantidad de calor que se debe aportar a 1 gramo de agua a 100*C para transformarlo en .vapor , esto es 537 calorías .-

Con el fin de visualizar visualizar los conceptos anteriores, veremos un ejemplo:

Para llevar un litro de agua (1 ( 1 Kg) desde 10 *C * C hasta la evaporación total, Figura 1

Se le debe administrar 627 kilocalorías (627.000 calorías); y esta es la cantidad de calor que debe sacarse de una fuente de calor para conseguir la evaporación. Como referencia considerar que un litro de agua se transforman en aprox. 1700 litros de vapor. La combustión completa de 1 Kg de leña libera aprox 4000 kilocalorias Figura 2

Para apagar un fuego de 1 kg de leña se necesitan aprox. 6 litros de agua. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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A fin de dar una idea de magnitudes y haciendo un calculo rápido con materiales conocidos tenemos: Una lanza que proporciona 80 litros/min permite apagar aprox.13 kg de leña, o sea que q ue con los 3000 litros de agua de un tanque de autobomba se podrían apagar 500 Kg de leña (combustión total). Estos ejemplos son muy teóricos por las siguientes razones: La combustión en general no es completa, además se supone que los bomberos llegan antes que esto ocurra, por lo que la cantidad y tipo de madera en juego puede ser mucho mayor Por otro lado estamos suponiendo que la totalidad del agua participa en la acción de extinción evaporándose evaporándose totalmente. No solamente ocurre que una parte del agua no se evapora, sino que tampoco llega hasta el fuego.

Figura 3

Figura 4

Además para que el agua produzca el efecto de extinción debe ser administrada con los accesorios correctos, citamos como ilustración: lanza chorro niebla, niebla, para fuegos de gran gr an superficie de contacto, obtenemos buena refrigeración pero pobre penetración lanza chorro pleno, pleno, para obtener buena penetración, ataca poca superficie y tiene pobre refrigeración lanzas combinadas, de chorro pleno y de niebla, para baja y/o alta alt a presión permiten tener las ventajas de ambas opciones Existen en el mercado actual, diseños que brindan una excelente eficiencia en usos combinados y que poseen diseños que brindan la mayor comodidad operativa, con mínima fuerzas de reacción y con sistemas de uniones giratorias en las entradas que permiten los giros sin afectar a la manguera que lo alimenta.

ejemplo: lanza NEPIRO, de alta presión, con sus alternativas de neblina, chorro plano chorro pleno.

La aplicación y ampliación de lo explicado hasta aquí se verá en los próximos capítulos Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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2- LOS BOMBEROS Y LA HIDRAULICA El objetivo de los bomberos es sin duda apagar el fuego. Esta misión se puede realizar en muchas ocasiones por medio de lanzas y del agua, pero es conocido el axioma que no se debe producir mas daño con el agua que el que produciría el fuego. Por lo tanto la satisfacción de la labor se consigue cuando se usa la cantidad de agua justa. Para ello es necesario trabajar con equipo experimentado experimentado y aplicar los conocimientos conocimientos necesarios para cada función. El equipo humano básicamente se compone de: El jefe de operación o comandante, que debe reconocer y juzgar la magnitud del fuego como la cantidad de agua a emplear para manejar el siniestro. Para ello deberá tener los conocimientos hidráulicos globales para poder impartir las ordenes correctas.El equipo de ataque: que se encarga de preparar el campo de mangueras y las lanzas correctas tanto para el ataque como para el manejo del fuego; esto tiene importancia para controlar el gasto de agua. El equipo de alimentación: alimentación: que deberá preparar la alimentación a las bombas desde los hidrantes y/o fuentes de agua (cisterna, tanques, ríos, etc.). El conductor (motorista): se ocupa de manejar las bombas correctamente para que la distribución distribución del agua sea sea la ordenada. ordenada. Como se puede apreciar, apreciar, la operación esta esta ligada fundamentalmente fundamentalmente a la hidráulica, por lo que consideramos muy conveniente tener presentes los conocimientos que siguen. CAPITULO II 1 - PROPIEDADES DE LOS LIQUIDOS En la naturaleza encontramos materiales fluidos f luidos y sólidos. Entre los fluidos diferenciamos los gases y los líquidos, donde los gases son compresibles y cambian de volumen y los líquidos si son comprimidos no cambian de volumen, pero ofrecen poca resistencia a la deformación, en tanto que los sólidos ofrecen gran resistencia a la deformación Las moléculas de un un liquido tienen adherencia adherencia entre sí, que se conoce como viscosidad. viscosidad. Un Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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liquido viscoso en movimiento provoca una disipación de energía que es directamente proporcional a la velocidad del fluido y es nulo en reposo. Los fluidos (gases y líquidos) se mueven de zonas de mayor presión a las de menor presión. ( caso práctico, una pinchadura de neumático)

2- PRESION Presión se define como la relación entre una fuerza actuante sobre una superficie Fuerza actuante Presión : ----------------------------Superficie de apoyo

Supe Superf rfiicie= cie=1100 cm2 cm2 Peso 10 kgf Presión Presión = -------- = --------------------------- = 0,1 kgf/cm2 Superf. 100 cm2

Super uperfifici ciee=200 =200 cm2 Peso 10 kgf Presión Presión = --------- = ---------- = 0,05 kgf/cm2 Superf. 200 cm2

Para un mismo peso que se distribuye sobre diferentes superficies, la presión es menor cuando esta fuerza fuerza actúa sobre la superficie mayor. UNIDADES DE PRESION La unidad Newton en en el sistema internacional internacional (S I) por metro cuadrado se denomina Pascal : 1 Pa = 1 N/m2 esto corresponde a una presión muy débil por lo que se utilizan los múltiplos del Pascal , hectopascal : 1 HPa = 100 Pa; o sino el megapascal: MPa = 1000.000 Pa Una unidad muy usada en hidráulica, y que también es múltiplo del Pascal el 1 Bar = 1 bar = 100.000 100.000 Pa (aprox.1 kg/cm2) = equivale equivale a 14,5 14,5 lbs/pulg.2 La unidad del sistema anterior, que aun es muy utilizado es: kilogramo fuerza por centímetro cuadrado 1 kgf/cm2 = 9.81 .10.000 Pa (aprox.1 bar) Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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Otra unidad antigua cuyo valor es aproximadamente aproximadamente 1 bar bar es: la atmósfera: 1 atm. = 101.300 Pa Una unidadad muy usada en la practica y que tiene un concepto concreto es la medida en metros de columna de agua: 10,33 m columna H20 = 1,013 bar = 1 kgf/cm2 aproximadamente aproximadamente se toma 1 Bar cada 10 metros de altura de columna de agua Para los cálculos es indiferente la unidad que se emplea, siempre que sea coherente con las otras unidades que se utilizan para el resto de los parámetros. PRESION ATMOSFERICA - PRESION RELATIVA - PRESION ABSOLUTA LA PRESION ATMOSFERICA es consecuencia del peso de la capa de aire de la atmósfera, que esa aplicada a nivel del suelo, se transmite t ransmite a todas las superficies con las que esta en contacto. Esta presión es variable y fluctúa en función f unción de la altitud y condiciones climatológicas. Como dato aproximado, la presión baja de 10 mbars cada 100 m de altura respecto al nivel del mar.

La presión atmosférica normal es de 1013 hectopascal = 1013 mbar. También se mide en altura de una columna de mercurio = 760 mm Hg Así como en metros de columna de agua = 10,33 m H20. Los instrumentos de unidades de USA, están generalmente indicada en mm de columna de mercurio, en cambio los de procedencia europeos, europeos, están indicadas en Bar o metros PRESION ABSOLUTA es la que se expresa con respecto al vacío absoluto que para este caso es la presión "cero" PRESION RELATIVA es la que se expresa con relación a la presión atmosférica -que para este caso será el "cero" de referencia. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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Para fijar conceptos: Presión absoluta = Presión relativa + presión atmosférica La presión relativa se mide con el MANOMETRO que marca "0" cuando la bomba se encuentra vacía de agua y abierta a la atmósfera La presión atmosférica se mide con un BAROMETRO y es presión absoluta

3- EL CAUDAL El caudal que circula por un sistema es la cantidad de fluido (volumen)que atraviesa una sección en la unidad de tiempo = Q. Contrariamente a lo que sucede con la presión, el caudal que entra en un sistema es el mismo que sale, circula, se divide, se suma en diferentes ramas, dentro del sistema. Es decir todo el caudal que entra debe salir. UNIDADES DE CAUDAL La unidad del sistema internacional metro cubico por segundo segundo = m3/s es una unidad unidad muy grande En la práctica se usan unidades más fáciles f áciles de medir: metro cubico por hora : 1 m3/h litro por minuto: 1 l/min RELACION ENTRE CAUDAL Y VELOCIDAD DE UN LIQUIDO Dentro de un conducto por el que transita un caudal Q, el liquido fluye y tiene una velocidad en cada punto.

La sección transversal "S" a través de la que circula el liquido permite considerar una velocidad media "Vm" en un régimen permanente tal que Q (m3/s) Vm (m/s) =-----------------S (m2) La velocidad indicada es un promedio para simplificar cálculos y la comprensión del concepto, Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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pero en realidad varia entre casi nulo en la periferia y el máximo en el centro del conducto

La formula de la velocidad nos muestra que a cada cambio de la sección de un conducto, corresponde una velocidad (a caudal cte)

Conducto divergente La velocidad disminuye confor forme aumenta la sección

Conducto convergente La velocidad aumenta confor forme disminuye la sección

4- LA ENERGIA En hidráulica, la energía en un punto de un fluido esta referida a un peso, se la denomina energía ponderal o más comúnmente energía masica y se representa por una altura; se denomina " carga." La CARGA en un punto se compone de diferentes tipos de energía que se presentan en el siguiente cuadro: Tipo de energía másica

Altura equivalente

de presión

P -----W

de posición

Z

de velocidad

V

Observaciones P = presión en el punto W = peso volumetr volumetr Z = cota del punto al nivel de referencia V =velocidad del fluido en el punto

2

-----2g

.

g =aceleración gravedad

El total de la energía másica de presión y de posición representa representa la parte de energía potencial y la energía de velocidad la energía cinética. La formula general de la "carga" es:

H = Z + P/W + V2 /2g





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5 - LA POTENCIA La POTENCIA es la energía en relación al tiempo, se representa W y la unidad es el Watt (W ), también se usan las unidades unidades practicas 1 KW = 1000 W

y

1 CV = 0,736 KW

Usando estas unidades, la formula de la potencia utilizable es: W = P . Q / 36 donde W = kW ; P =bar ; Q = m3/h W = P . Q/26,5 donde W = CV ; P =bar ; Q = m3/h 6 - LOS APARATOS DE MEDICION A) MEDICION DE LA PRESION PRESION Los instrumentos para la medición de la presión en la practica de los bomberos son los manómetros , vacuómetros y manovacuómetros y sirven para medir presiones a partir de la presión atmosférica. Están marcados en las unidades: Bar, kg/cm2, k g/cm2, o en algunos casos en las medidas inglesas: Libra/pulgada cuadrada = lb/ inch

Barómetro a mercurio La presión presión atmosféric atmosféricaa medida medida en mm de HG HG



Manómetro Tubo en U La presión presión es proporciona proporcionall al Delta Delta de de Presión Presión



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Principio de funcionamiento de un manómetro a Bourdon. La presión del fluido deforma la lámina metálica, esta deformación a través de un mecanismo de bielas y cremallera mueve el agua que lee los valores de la presión.

Los manómetros que sirven para medir presiones superiores a la presión atmosférica son los manómetros a presión, normalmente llamados manómetros, Los destinados a medir presiones inferiores a la presión atmosférica se denominan vacuómetros y los aparatos mixtos son llamados manovacuómetros. B) MEDICION DE CAUDAL El método más sencillo es medir el volumen que se obtiene en una unidad de tiempo, usando un recipiente calibrado y un cronometro Otro método para medir el caudal de un hidrante es usar un contador de agua (mide volumen) y con un cronometro controlar el tiempo con lo que se obtiene Q = V/s Otro método en un sistema de tuberías tuberías es usar un pico calibrado calibrado y medir la presión de salida, salida, así con la ayuda de un ábaco se puede obtener el caudal. O bien, conocida la presión y el diámetro de la boquilla calibrada , se puede con una tabla, encontrar la presión. También utilizando la fórmula Q= 0,207 x d2 x √ H, Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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podemos encontrar el caudal donde: Q es el caudal en litros por minuto, d es el diámetro de la boquilla al cuadrado, H es el valor de la presión, expresado en metros de altura de agua y 0,207 es una constante. Finalmente existen aparatos de lectura directa que son en principio un contador de agua conectado a una calculadora que transforma directamente la lectura en unidades de caudal. CAPITULO CAP ITULO III II I LAS FUENTES DE AGUA Las fuentes de agua son los elementos primordiales para establecer un campo de lucha contra incendio pues son las que determinan la cantidad de agua disponible para la extinción. Analizaremos Analizaremos tres fuentes que se encuentran encuentran solas o combinadas: combinadas: fuentes naturales; fuentes artificiales artif iciales y redes de aducción. En esta publicación nos referiremos solamente a los conocimientos esenciales para la utilización de estas fuentes en tanto que es motivo de otras publicaciones la formación y presentación de un campo de lucha contra incendio que abarca el listado completo de las fuentes involucradas, sus características y condiciones reglamentarias, reglamentarias, normas, etc. 1 - FUENTES DE AGUA NATURALES Se consideran fuentes naturales de agua para uso de bomberos, los ríos, estanques, lagos, canales entre otros. Estas fuentes f uentes no son siempre directamente utilizables, por lo que para asegurar su disponibilidad disponibilidad en zonas de riesgo, se deberá prever un acceso con cualquier tiempo, mantener un gálibo de circulación de 2 m para motobombas y 3 m para autobombas, estudiar las modificaciones de niveles y lugar de toma de agua entre otros. La utilización de estas fuentes por una bomba solo será posible con una buena aspiración de las bombas, tuberías de succión con filtros y/o flotadores para asegurar una toma de agua segura. 2 - FUENTES DE AGUA ARTIFICIALES Consideraremos como fuentes artificiales a aquellas obras realizadas especialmente especialmente para la lucha contra incendio, a excepción de las redes de aducción. Como característicos mencionaremos piletas, tanques aéreos o subterráneos y los pozos pozos conectados a la napa napa freatica; -estos últimos los veremos a continuación-. POZOS : La napa freática, ese enorme reservorio de agua subterránea se encuentra en ciertas regiones con niveles cercanos al piso Esto hace atractivo a perforar pozos y utilizarlos para aspirar agua para los bomberos u otros usos.





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Para que estos pozos sean aptos para los bomberos, deberá conocerse el rendimiento y las variaciones del nivel útil, que son consecuencia de la velocidad de reposición del agua, lo que define el caudal de trabajo,. Véanse las figuras

3.-REDES DE ALIMENTACION DE AGUA Una red de alimentación de agua es un conjunto de bombas, tuberías, depósitos y accesorios que permite la distribución de agua domestica e industrial y para los casos excepcionales para agua de incendio. Una red se compone globalmente de: --una estación de bombeo conectada a una fuente (río, pozo, etc.) --uno o varios depósitos aéreos o subterráneos que sirven como reserva de agua y/o para la regulación. --un conjunto de tuberías que interconectan los equipos arriba mencionados y las tuberías de distribución hacia los usuarios.

Definición de las tuberías de la figura f igura 1. -conducto de alimentación, conectan las zonas de captación a los depósitos y a la red de distribución 2.- conductos principales - forman un anillo de distribución pero sin conexión a los usuarios 3.- conductos de distribución - sirven a la distribución de agua a las ramas y a los hidrantes 4.- ramas de distribución sirven a los usuarios





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Las redes pueden tener diferentes conceptos de armados, según los las necesidades y los costos, mencionaremos los clásicos: Red de anillo, como lo muestra la figura Red tipo antena: Los Los ramales parten de de un conducto principal principal Red tipo malla: En este esquema los ramales se comunican entre ellos lo que permite una alimentación más eficiente y tiene doble alimentación desde depósitos no alineados. Este sistema es más costoso.

• • •

VELOCIDAD DEL FLUIDO Las redes de distribución se calculan de manera que a caudal maximo.la velocidad del agua en la cañería no sea mayor que 2 a 2,5 m/s Como ejemplo haremos un calculo para una cañería de diámetro 80 mm Qmax = V max x S = 2,5 x 0,08 x ¼ x Ò = 0,01215 m3/s ~ 45 m3/h

CAUDAL DE UNA TOMA DE AGUA Las toma de agua para uso contra contra incendio que se encuentran encuentran sobre una red de distribución pueden ser: bocas de incendio o hidrantes La calidad de la toma esta dada por el caudal que puede suministrar, y este tiene relación con la presión de la tubería. En la figura se presenta una curva como ejemplo de un hidrante, como limites se puede observar que con presión máxima de la red, (presión estática) el caudal es nulo "0", y con la Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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boca totalmente abierta (presión de salida nula) el caudal es máximo. Nota: A fin f in de no confundir al lector dejamos aclarado que no solamente los tipos de hidrantes y la presión son los parámetros determinantes de la curva sino también la ubicación en la red y la calidad del suministro. Por lo tanto "cada hidrante tiene su curva característica de caudal presión.

GRAFICO N* 1 Curva caudal-presión de un hidrante hidrante

CAPITULO IV BOMBAS Y CEBADORES

1 - PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS La utilización de las bombas esta muy generalizada, permiten el movimiento de fluidos, tanto gaseosos, líquidos o mixtos. Una bomba es una maquina que desplaza un fluido f luido de un lugar a otro. Una bomba de incendio es una maquina hidráulica que modifica, aumentándola, la energía de una vena liquida que la atraviesa. Estudiaremos las bombas a pistón, los eyectores, las bombas centrifugas y sus accesorios, en particular los cebadores. 1 - LA BOMBA A PISTON Este tipo de bomba fue f ue la primera utilizada por los bomberos. en la actualidad solo se usa para casos particulares . El estudiarla a parte de hacer historia, permite comprender algunos principios de los flujos. Recordemos que un liquido fluye siempre de una zona de alta presión hacia una de menor presión, y recordemos también que en todo punto en contacto con la atmósfera atmósf era reina la presión atmosférica. Las figuras ilustran el funcionamiento de la bomba a pistón. Se observa el pistón que tiene movimiento alternativo y las válvulas A y B que se abren y cierran según la presión del liquido dentro de la bomba.





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Posición 1

Posición 2

Posición 3

Posición 1 - EN REPOSO: el pistón esta inmóvil y las válvulas sobre sus sellos, el sistema esta en equilibrio: no fluye Posición 2 - - AL TIRAR DEL PISTON HACIA ARRIBA: aumenta el volumen dentro del cuerpo de la bomba y la presión de hace menor que la de la tubería, lo que provoca provoca la apertura de la válvula válvula de admisión admisión "A" y el agua fluye hacia hacia el cuerpo de la bomba hasta igualar las presiones. Posición 3 AL EMPUJAR EMPUJAR EL PISTON HACIA ABAJO: aumenta la presión dentro de la bomba por la disminución de volumen y provoca la apertura de la válvula de expulsión "B" dejando pasar el agua hacia la tubería de circulación NOTA : Este mismo funcionamiento es valido valido para gases en lugar de agua - Recordar: fluidos. f luidos. Ejemplo: inflador de bicicleta. El caudal de la bomba a pistón depende del volumen del cuerpo de la bomba y de la velocidad del pistón. Como inconvenientes inconvenientes de la bomba a pistón aparece la fluctuación de la presión con cada movimiento y el peligro de roturas al trabajar con caudal cero por tener t ener cerrado el conducto de expulsión. 2.- EL EYECTOR , DOSIFICADORES DE LINEA o VENTURI El eyector es un dispositivo utilizado por los bomberos, trabaja tanto con agua como con gases. Se utiliza generalmente para los proporcionadores de emulsor, lanzas de espuma, para complemento de las bombas centrifugas

Esquema del funcionamiento de un eyector

Un eyector es un dispositivo que utiliza las propiedades dinámicas de los filetes líquidos para poner en movimiento un fluido f luido envolvente aspirándolo aspirándolo por el efecto Venturi. La contracción brutal del filete de fluido dentro de una tobera de inyección aumenta aumenta considerablemente considerablemente la velocidad del mismo. La presión del fluido f luido propulsor se hace muy débil y permite la aspiración por inducción de un liquido envolvente. La mezcla del f luido continua Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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atravesando un difusor donde pierde velocidad y vuelve a ganar presión.

Gráfico Nº 1 El gráfico Nº 1, muestra la evolución de la velocidad y de la presión del fluido f luido motor y del fluido f luido aspirado a medida que atraviesa al eyector. En un sistema como el presentado, presentado, el caudal Qm entrega una parte parte de su energía inicial inicial Em al caudal aspirado Qa lo que hace aumentar su energía inicial Ea. A la salida del eyector eyector los caudales Qm y Qa alcanzan a un nivel de energía común Er. Luego de pasar el sistema se puede decir que - el caudal motor Qm a perdido la energía - el caudal aspirado Qa ha ganado la energía

Em - Er Er - Ea

Esta transferencia de energía no se puede hacer sin una perdida de rendimiento de aprox. 30 al 35 %. Si llamamos llamamos "M" a la relación relación Qa/Qm y por "N" a (Er-Ea) (Er-Ea) / (Em-Er) el rendimiento de un eyector es Qa (Er - Ea) = ---- x ----------------- = M x N Qm (Em - Er) Los gráficos que siguen siguen muestran el rendimiento rendimiento ´ en función función de M y N para dos familias familias de eyectores con relación de secciones Sa/Sm diferentes, donde Sa es la seccion del orificio al fluido aspirado y Sm a la sección del orificio del fluido motor.





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gráfico nº 2

gráfico nº 3

El gráfico N* 2 corresponde a una familia de eyectores para aspirar grandes g randes cantidades de agua y con una presión de salida muy débil, por ejemplo para vaciar un sótano. El gráfico N* 3 corresponde a la familia de eyectores para proporcionar emulsor para mezclarlo y formar espuma, es decir que el caudal de succión es pequeño y la presión de salida todavía es importante. Para que un eyector pueda pueda funcionar correctamente se debe debe tener cuidado de no destruir el efecto Venturi, para lo cual: --- no se debe frenar la salida del fluido --- esto se produce si el caudal que se forma en el eyector (Qm + Qa) no se puede evacuar por el sistema. En este caso se produce un retroceso y el exceso rebalsa = no se produce aspiración, por el contrario se aporta fluido motor al emulsor.- ( es decir se envía agua al emulsor) Este es el caso típico t ípico cuando se intenta utilizar una lanza con una descarga menor que lo que alimenta el eyector eyector (comúnmente llamado dosificador), dosificador), o se le coloca excesiva excesiva longitud longitud de mangueras entre el eyector y lanza, o existen elevaciones elevaciones de la lanza, o extrangulamientos extrangulamientos de la manguera entre el dosificador dosificador y la lanza, lo que produce una pérdida pérdida de carga generando generando contrapresión.

3- LA BOMBA CENTRIFUGA

La mayoría de las las instalaciones contra contra incendio se equipan con bombas centrifugas. Estas actúan sobre los líquidos por medio de la fuerza centrifuga para aumentar su velocidad, son bombas cinéticas. Constan básicamente de un impulsor (rueda con alabes) y de la voluta (cuerpo de la bomba), así como también de un difusor (rueda fija con alabes) entre la voluta y el impulsor .





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Abertura central

alabes

* El impulsor gira sobre su eje a gran velocidad. El agua que penetra por la abertura central es arrojado hacia la periferia pasando por los alabes, por acción de la fuerza centrifuga. La eyección del agua crea una ligera depresión en la boca de entrada que permite que el agua del exterior penetre a la bomba. La voluta tiene tres objetivos: - canalizar el agua hacia la salida de la bomba - reducir las turbulencias - reducir la velocidad velocidad del agua, fenómeno que se produce produce al aumentar la sección sección de la vena liquida hacia la salida •

El difusor, difusor, cuando existe, tiene un rol complementario a la voluta, reduce la turbulencia y también la velocidad del agua.

•

Se puede preguntar cuál es el interés de aumentar considerablemente considerablemente la velocidad del filete de agua en el impulsor para luego volver a reducirla en el difusor de la voluta, la energía cinética . Por lo tanto: el impulsor impulsor transmite una energía energía al agua haciéndole haciéndole perder energía cinética. Esta energía cinética cinética perdida se transforma obligadamente obligadamente en otra forma de energía, Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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en este caso, es la energía potencial y esta se materializa en un aumento de la presión.

Bomba Rosenbauer Serie NH de Alta y Baja Presión simultánea

RESUMIENDO : una bomba centrifuga es una maquina hidráulica que hace aumentar la presión de una vena liquida que la atraviesa. Evolución de la presión durante el pasaje en los diferentes elementos que constituyen la bomba centrífuga

Succ Succiión

Imp Impulsor lsor

Difu Difuso sorr

CAPITULO V LA SUCCION Y LA ALTURA DE ASPIRACION La condición esencial para que el funcionamiento de una bomba sea posible es que se produzca la transmisión de la energía cinética. Para ello es necesario que se realice el contacto entre el agua y el impulsor . Esta fase que q ue asegura el contacto entre el liquido y el impulsor es la fase de cebado (succión). En la practica corriente encontramos tres casos de succión relacionados con la alimentación de la bomba.Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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1. - ALIMENTACION DE LA BOMBA DESDE UNA CISTERNA El nivel de agua de la cisterna se encuentra por encima del eje de la bomba por lo que el agua se escurrirá naturalmente hacia la bomba por la abertura de entrada y por el principio de los vasos comunicantes se produce el contacto del agua con las paletas, por consiguiente, la fase de cebado se ha realizado. El funcionamiento de la bomba se realizara sin problema siempre que el caudal de entrada sea igual al de salida. Si el conducto de succión succión esta correctamente dimensionado dimensionado el conductor tendrá que cuidar cuidar solamente que las válvulas válvulas en el ramal de de succión estén bien bien abiertas para asegurar una correcta provisión de salida. En general la fase inicial de cebado (alimentación) se realiza sin problema, pero para que el funcionamiento permanente sea correcto, es necesario que el caudal de salida pueda ingresar a la bomba, para ello recordemos: -un hidrante tiene un caudal limite, el caudal máximo se obtiene con presión de salida "cero" -la presión de un hidrante disminuye cuando el caudal demandado aumenta. -cuanto mayor sea la distancia entre el hidrante y la bomba, tanto mayor m ayor serán las perdidas de carga en la línea de alimentación. Estas perdidas pueden llegar a ser limitantes en el caso de la demanda de grandes caudales.En el caso que la demanda sea mayor que la posibilidad de alimentación, se produce en la bomba un vacío que se transforma en un fenómeno alternativo de cebado y descebado lo que es perjudicial para la bomba y la calidad de la prestación. Este fenómeno se llama “CAVITACION” . Es posible evitar parcialmente este inconveniente con la ampliación de las posibilidades de alimentación, alimentación, reduciendo la presión de salida o reduciendo r educiendo el caudal de descarga 2 - ALIMENTACION DESDE DESDE UNA RED BAJO PRESION PRESION En el caso de una alimentación alimentación desde una red (red urbana, red industrial), industrial), la presión del hidrante es mayor que la presión de entrada de la bomba, por lo que el agua inundara el cuerpo de la bomba, por consiguiente, el cebado esta realizado r ealizado..





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Asimismo llamamos la atención que algunas líneas industriales tiene una gran presión en los hidrantes, lo que puede ser perjudicial para la bomba y sus componentes. Sería interesante cuidar que la presión de entrada a la bomba sea inferior a 5 o 6 bar.Tengamos en cuenta que esta presión de alimentación se suma a la presión que genera g enera la bomba, obteniendose de esta forma f orma presiones elevadas.

3. - ALIMENTACION ALIMENTACION DESDE UNA NAPA NAPA DE AGUA Una bomba alimentada desde una napa de agua cuyo nivel es inferior al del eje de la bomba, se encuentra: en aspiración.

La presión dentro de la bomba es la atmosférica, lo mismo que en la superficie de la napa Por lo que no hay un movimiento movimiento natural del agua agua hacia la entrada de la la bomba . Para crear un escurrimiento de succión se deberá crear una zona de depresión en la bomba, de esta forma se producirá la succión de cebado , (formación de zona de vacío –depresión - dentro de la bomba ) Para obtener la depresión se evacua el aire dentro de la bomba y la línea de alimentación, de esta manera el agua de la napa ocupara el volumen del aire desalojado y se produce el contacto del agua con la paleta del impulsor. La obtención del vacío para la succión se realiza por medio de un elemento accesorio exterior a la bomba; lo denominamos "cebador".

CAPITULO VI Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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LOS CEBADORES. Un cebador es un accesorio de bomba centrifuga cuya finalidad es crear un vacío dentro del cuerpo de la bomba y de la línea de aspiración a fin de permitir que el agua de la napa de alimentación alimentación empujada por por la presión atmosférica se escurra hasta el impulsor. impulsor. Una vez que el contacto agua-paleta impulsor se produce, se puede prescindir del cebador pues su función se ha terminado. La calidad de un cebador se evalúa con relación al tiempo que es necesario para obtener el "cebado" de la bomba. Las exigencias de las distintas normas fijan los tiempos máximos en segundos del cebado con relación al caudal de las bombas.

Estudiaremos a continuación tres de los tipos de los cebadores más usuales: 1- cebador a eyector eyector de gases de de escape escape 2- cebadores por bomba de paletas paletas 3- cebadores por pistón de doble efecto 1. - CEBADOR - EYECTOR A GAS DE ESCAPE

(actualmente en desuso)

Es una bomba del tipo eyector (véase punto IV-2) I V-2) donde se utiliza como fluido propulsor los gases de escape del motor de accionamiento de la bomba

Los gases de escape provenientes del motor por la tubería A, son forzados f orzados a pasar por la tubería con eyector B, donde aumenta su velocidad. velocidad. Al pasar pasar por el eyector se crea una depresión que permite aspirar el aire contenido contenido en la línea de succión (hasta que llegue agua), produciéndose el cebado. La eficacia del cebador esta ligada directamente a la velocidad de los gases de escape, sea a la velocidad del motor, obteniéndose obteniéndose el rendimiento máximo con la velocidad máxima del motor Una vez terminado el ciclo de cebado se debe permitir pasar libremente los gases de escape por el silenciador, con la apertura de la válvula y el cierre de la válvula de cebado, -caso contrario se produce el ahogo del motor-.





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Nota: estos sistemas ya no son utilizados por sus fallas a través del tiempo 2. -CEBADOR CON BOMBA DE VACIO A PALETAS Estos sistemas son accionados generalmente por un motor eléctrico de 12 o 24 volt , consiste de vacío en un sistemas deLínea paletas que por velocidad centrífuga se desplazan dentro de un cilindro arrastrando en su giro el aire que succiona desde la bomba y sus conductos de succión. Deben estar estas paletas lubricadas para evitar desgaste de las mismas sobre el interior del cilindro y a su vez actuar como elemento de sellado. Para ello dispone de un reservorio de aceite que debe tener siempre aceite ( la falta del mismo no permite hacer un buen cebado y produce desgaste de las paletas )

depresión

3 - SISTEMA DE VACÍO POR BOMBA A PISTÓN DE DOBLE EFECTO Consiste en una bomba de vacío que posee un pistón de doble efecto que se activa a voluntad del operador a través de algún sistema de acople (electromecánico, mecánico, etc.) que pone en marcha un eje que posee una leva que hace mover alternativamente a dos pistones ( uno a cada lado, opuestos opuestos 180º ) y que por un sistema de válvulas de admisión y escape escape succiona el aire del cuerpo de la bomba y sus manguerotes de succión, arrastrando al agua al interior de la bomba.

Placas de goma

Pistones





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Salida del aire Excéntrica

El funcionamiento de la bomba de vacío de doble efecto consiste en una excéntrica que está entre los dos pistones y al girar mueve alternativamente a los pistones a cada lado, comprimiendo al aire contra las placas de goma las placas de goma actúan como válvulas, que alternativamente se abren y se cierran, este movimiento alternativo extrae el aire de la bomba de agua y de los conductos dejándola lista para operar. Es un sistema muy eficiente y actualmente utilizado por la mayoría de los fabricantes reconocidos de bombas de incendio SISTEMA AUTOMATICO DE ACCIONAMIENTO Existen dentro de estas bomba bomba de vacío, algunos dispositivos dispositivos como para optimizar optimizar y simplificar el uso por parte de los bomberos, como el sistema de desacople o acople automático de la bomba de vacío.

Este dispositivo está ilustrado en las dos figuras f iguras siguientes y actúa por la misma presión de agua. 1) En esta figura se observa el dispositivo que consiste de un cilindro con un pistón y su eje. Cuando en la bomba bomba de incendio incendio se genera presión presión ( 1 Bar) por que ya tiene agua agua en su interior, la fuerza que genera sobre el eje del pistón es suficiente para desconectar la bomba de vacío. 2) Una vez alcanzado el 1 bar de presión positiva dentro de la bomba un pistón mueve el accionamiento accionamiento desconectando automáticamente el sistema de vacío. Este dispositivo se acopla automáticamente si por alguna razón dentro de la bomba se queda sin agua. 3. - ALTURA DE ASPIRACION ** ¿La altura de aspiración, tiene límites?. Tanto las experiencias experiencias prácticas como el análisis teórico nos muestra los límites de la altura de aspiración. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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La altura que separa la superficie libre de la napa de agua y el eje de la bomba se denomina "altura de aspiración". Mas exactamente, altura geométrica de aspiración H.G.A.

Esta altura tiene valores limites teóricos y la aspiración depende depende de factores óptimos que intervienen en el proceso de cebado, a saber: • • • • •

presión atmosférica normal de 1013 mbar un cebador capaz de crear un vacío de 0 bar agua a temperatura de 4º C ubicación con respecto al nivel del mar líneas de aspiración y válvulas perfectamente estancas

En estas condiciones la altura máxima de aspiración (succión y/o cebado) es de 10,33 m, esto coincide con las experiencias experiencias de Toricelli que determinó este valor para la presión atmosférica.

Altura teórica máxima de aspiración 10,33 metros ** ver nota técnica Tecin Rosenbauer ME Nº 0109, donde se detallan mayor datos de rendimientos en función de alturas de succión

ALTURA PRACTICA DE ASPIRACION La altura máxima ideal no se consigue en la practica debido a diversas causas: el cebador no puede crear el vacío ideal de 0 bar el razonamiento teórico considera que el agua esta inmóvil pero en realidad esta fluyendo durante el proceso de cebado lo que implica una perdida de energía por f rotamiento, la temperatura de la bomba no esta generalmente a 4º C sino a mayor, frecuentemente a 15º C . Esto produce una evaporación en la línea de aspiración y crea una presión contraria al vacío. La presión atmosférica no es siempre 1013 mbar, puede ser menor y varia también con la altitud la línea de aspiración, el cuerpo de la bomba y los diferentes accesorios pueden no Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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ser perfectamente estancos , lo que disminuye el vacío generado por el cebador Las condiciones mencionadas mencionadas hacen que en la practica se puede obtener una altura geométrica de aspiración no mayor de 7,5 m. El buen funcionamiento de la bomba no se resume a tener un buen cebado sino que se debe asegurar que la expulsión no sea mayor que la alimentación. De esta forma se evita la cavitación que en general aparece con los grandes caudales y gran altura de aspiración. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA Sabemos que a la presión atmosférica, el agua hierve a 100 º. ¿Pero que ocurre cuando la presión decrece ? Las experiencias muestran que la temperatura de ebullición decrece con la disminución de la presión. Con el vacío el agua tiene tendencia a evaporarse y esta vaporización vaporización será más importante con el aumento de la temperatura.Curva de la tensión del vapor de agua

A 20ºC, la tensión de vapor es de 0,25 mCA A 50ºC, la tensión de vapor es de 1,30 mCA Este fenómeno es importante en hidráulica hidráulica pues influye influye en la altura de aspiración: aspiración: es una ventaja para el cebado. Recordemos R ecordemos que en una línea cerrada la vaporización produce una presión que contrarresta la acción de la presión atmosférica. Si observamos los resultados de la experiencia de Toricelli con agua a diferentes temperaturas , vemos que:





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Influencia de la tensión de vapor en la altura de una columna de agua A 20 ºC la altura geométrica máxima de aspiración es de 10,08 m A 50 ºC la altura es de 9.03m Los bomberos en general trabajan con agua entre 0 y 30º C, por lo cual la variación de altura llega a un máximo de 0,45 m INFLUENCIA DE LA ALTITUD Contrariamente a la tensión de vapor que afecta af ecta a la presión interior de la línea de aspiración, la altitud tiene tiene un efecto sobre la parte exterior: "la presión atmosférica disminuye cuando la altura sobre el nivel de mar aumenta". Por lo tanto la presión atmosférica ya no será de 10,33 m de columna de agua, sino será menor en aprox. 1,25 m cada 1000 m de diferencia de altitud alt itud con referencia al mar. mar . Esta influencia puede ser más importante que la de la evaporación por diferencia de temperatura, especialmente especialmente en zonas de montaña. Podemos utilizar una fórmula empírica que nos da una aproximación de la diferencia de altitud H altitud = 1,25 Z Ejemplo:

donde H altitud en mCA (metros de columna de agua) Z km ( kilómetros)

¿Cual es la altura geométrica máxima de aspiración a 1500 metros de altitud? La presión atmosférica a nivel del mar es de 1013 mbares H.G.A. max 1500 m = H:g:A. Max. 0 m – H altitud; H.G.A. max 1500 m = 10,33 m – (1,25 x 1,5) m; H.G.A. max 1500 m = 8,43 m Si este análisis lo hacemos hacemos a una altura de 4000 4000 mts. aprox. sobre el nivel del del mar ( ejemplo La Paz, Bolivia), vemos que la máxima altura de aspiración teórica es de 5,33 metros. La influencia de la altitud sobre la altura geométrica máxima de aspiración es mas significativa que la influencia de la temperatura en la aplicaciones de los bomberos. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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Esta es una constante que afectará según dicha posición geográfica y es muy importante que los bomberos tengan en cuenta esta corrección.El efecto de la temperatura del agua y la altitud se acumularán y serán factores que afectarán la altura de aspiración. Todos estos factores afectarán af ectarán al rendimiento de la bomba y puede someterla a condiciones de cavitación, que pueden llegar a dañarla.4.- CAVITACION Los aspectos prácticos de la cavitación se verán en el capitulo referidos a rendimientos de las bombas y la parte teórica t eórica que se trata a continuación:

Con el agua a 25ºC y una H.G.A. de 6 m, la presión teórica máxima de entrada a la bomba es de 4,08 m

Con el agua a 25ºC y una H.G.A. de 3 m, la presión teórica máxima de entrada a la bomba es de 7,08 m

En régimen estático ideal, la presión de entrada a la bomba es igual a la altura de la columna de agua proveniente de la presión atmosférica corregida por los factores de temperatura y altitud Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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En régimen dinámico, cuando la bomba entrega caudal, este valor de la presión de entrada es menor debido a: • la puesta en movimiento del agua necesita una cierta energía cinética que provendrá de una transformación de energía de presión; • la perdida de carga en la línea de aspiración que aumenta con el caudal y la línea de aspiración • la perdida de carga a la entrada de la bomba para que el agua llegue a contactar a las palas del impulsor. Esta perdida de carga aumenta considerablemente con el aumento de caudal Si se tienen en cuenta estos factores, puede ocurrir que la presión de entrada al impulsor sea muy débil e inferior a la tensión de vapor del agua a la temperatura considerada. Veamos que ocurre entonces. El agua se vaporiza y aparecen burbujas de vapor en la vena liquida. Luego de pasar por el impulsor la presión aumenta y vuelve a ser superior a la de la tensión de vapor - por lo tanto las burbujas se reabsorben produciendo cavidades. • Esta producción de cavidades en las descargas generan choques muy violentos (ruidosos) y corrosiones mecánicas que pueden averiar considerablemente los órganos de la bomba. •

El fenómeno se denomina "cavitación" y en la practica aparece cuando se trabaja t rabaja con grandes alturas de aspiración y grandes caudales de salida. O bien si existen obstrucciones en las válvula de alimentación o de succión. Como es poco probable que se pueda accionar sobre la altura de aspiración, se debe reducir el caudal de expulsión expulsión a fin f in de evitar la cavitación . En algunos casos se puede mejorar el caudal caudal de entrada aumentando aumentando el diámetro de los conductos de succión. El problema de la cavitación es a veces descuidado por los bomberos, pero sin embargo es muy importante pues la bomba no puede trabajar a plena capacidad si está en zona de cavitación. Además de los daños que pueden producir en la bomba. Es decir, las situaciones de cavitación pueden presentarse si: Si pretendemos descargar mas agua de la que es capaz de succionar la bomba A las condiciones de succionar le afectan: • • • • • • • •

Diseño de la bomba centrífuga Demasiada altura de succión, Mayor caudal de descarga de lanzas que el caudal de la bomba La temperatura del agua, La presión barométrica y altitud con respecto al nivel del mar. Insuficiente diámetro del conducto de succión Excesiva longitud de manguerotes de succión y con rugosidades internas Válvula de retención con filtro de menos sección útil y/o que tenga obstrucciones

LAS CURVAS CARACTERISTICAS DE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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A continuación presentamos diagramas que muestran como evoluciona la presión con el cambio del caudal en una bomba a velocidad constante

Bomba a velocidad constante

Válv Válvula ula cerra cerrada da,, máxi máxima ma presi presión ón

válv válvula ula abier abierta, ta, mínim mínimaa presi presión ón

Cuando la válvula de expulsión esta cerrada, el caudal es nulo y la presión es máxima. A medida que se abre la válvula el caudal aumenta y la presión decae. Analizamos un diagrama de una bomba a velocidad constante que muestra la variación de la potencia absorbida con relación a cambio de caudal. Se observa que la potencia aumenta con el aumento del caudal (apertura de válvulas)

1.- CARACTERISTICAS CAUDAL-PRESION El diagrama que sigue presenta algunas características de caudal-presión a diferentes velocidades de rotación de la bomba. El eje horizontal esta graduado en l/min y corresponden al caudal. El eje vertical esta graduado en m.col H2O (metros de columna de agua) y corresponde a la altura manométrica total (HMT). Esta altura manométrica total corresponde: en aspiración, a la altura geométrica de aspiración (HGA) incrementada con la presión de expulsión expresada expresada en metros de columna de agua (1 bar ~ 10 mts colH2O); • en expulsión con alimentación desde una cisterna o de una red, a la presión realmente provista por la bomba. ( la suma de la presión de entrada mas la que genera la bomba) •





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Cada curva corresponde a una característica caudal-presión caudal-presión para la velocidad (en rpm) indicada de la bomba. Esta velocidad no siempre es igual a la del motor pues el accionamiento de la bomba puede realizarse por intermedio de una caja de transmisión. t ransmisión. Analizando Analizando el gráfico g ráfico podemos determinar las condiciones condiciones de los diferentes puntos marcados m arcados

Punto A B C D E

r..p.m bomba 3500 4000 4500 5000 5500

H.M.T mts. (m.col H2O = bar) 55 89 112 142 172

5,5 8,9 11,2 14,2 17,2

La altura manométrica total de 17,2 17,2 bar correspondiente correspondiente al punto E es la máxima posible posible para esta bomba cuando el caudal es de 750 l/min. si la bomba esta en succión desde -6 m , entonces la presión de expulsión máxima para un caudal de 750 l/min será de: 172-6 = 166 m.col H2O =16,6 bar • si la bomba esta conectada a un hidrante con presión de 2 bar a 750 l/min, la presión de expulsión máxima máxima será de 17,2 + 2 = 19,2 bar •

•

La bomba puede proporcionar 1500 l/min a una presión de 13 bar para una velocidad de 5500 rpm donde 5500 es la velocidad máxima para la bomba. Para velocidades intermedias a las indicadas se extrapola en el diagrama.

2.- CARACTERISTICAS CAUDAL-POTENCIA El diagrama que sigue presenta las características "caudal-potencia" "caudal-potencia" para diferentes velocidades velocidades de una misma bomba. El eje horizontal esta graduado en l/min y corresponde al caudal que entrega la bomba en cada punto. El eje horizontal corresponde a la potencia absorbida por la bomba para cada punto de velocidad y caudal.





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Recordaremos que la potencia que debe entregar el motor debe ser mayor que la absorbida por la bomba por estar afectada de un coeficiente de rendimiento de los elementos mecánicos de transmisión desde el motor hasta la bomba, a saber: P absorbida absorbida por por bomba = P motor x rendimiento rendimiento ´ Analizando Analizando la curva encontramos los siguientes parámetros de la potencia absorbida absorbida con relación al caudal de 750 l/min. de salida y a la velocidad de la bomba Punto Veloc..de bomba (rpm)

Potencia absorbida (CV)

A' B' C' D' E'

15 22 30 40 50

3500 4000 4500 5000 5500

* La potencia máxima absorbida, para un caudal de 1500 l/min a 5500 vpm vpm (H.M.T = 130 m colH2O -ver punto anterior para la misma bomba) se representa en el punto F'1 y es de 70 CV. Con este dato debemos corroborar si el motor es capaz de entregar esa potencia corregida por el factor de rendimiento.3.- UTILIZACION PRACTICA DE LAS CURVAS CARACTERISTICAS CON INDICACION DE CAVITACION Para completar las curvas de características caudal-presión algunos fabricantes de bombas hacen aparecer los limites de funcionamiento de las bombas teniendo en cuenta la cavitación. En el gráfico Nº 7 se presenta sobre el diagrama de la bomba estudiada estudiada en el punto "1" la línea limite de cavilación asumiendo una línea de alimentación de diámetro 100 mm ,con un largo de 10 metros y una altura de succión desde 6 m.





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Gráfico Nº 7 Se constata como ejemplo que la cavilación aparece aparece en el punto "L" que corresponde a un caudal de 1250 l/min. con 10 bar de presión; por otro lado se observa que no se llegara a un caudal de 1500 l/min. que se encuentra a la derecha de la línea de cavilación. Con el fin de afianzar los conocimientos veremos a continuación que es lo que ocurre si se cambian las condiciones de succión y de alimentación de la bomba en estudio.

En el gráfico Nº 8 se presentan las curvas con una línea línea de aspiración de diámetro 65 mm (en lugar de D 100) y líneas de cavilación para succión desde igual nivel, - 3 m y - 6 m. Analizando Analizando los puntos del gráfico obtenemos parámetros limites: * Punto A H.G.A (altura geométrica de aspiración) = 6 metros Velocidad de la bomba = 3500 rpm Caudal max. antes de aparecer la cavilación = 755 l/min. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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H.M.T. (altura manométrica total) = 61 m col H2O Presión de expulsión: expulsión: 61 - 6 = 55 m col H2O = 5,5 bar * Punto B H.G.A = 3 metros Velocidad de bomba = 3500 vpm Caudal max. posible = 1150 l/min Altura manométrica total = 35 m col H2O Presión de expulsión = 3,2 bar * Punto C H.G.A = 3 metros Si se necesita una presión de salida de 12,5 bar en la bomba (H.M.T.= 130,5 m.) no se puede esperar un caudal superior a 950 l/min.

4.- CARACTERISTICAS CAUDAL-RENDIMIENTO La potencia absorbida por una bomba no se transforma totalmente en potencia hidráulica. Una parte se pierde por frotamiento mecánico de las paletas y otras son perdidas hidráulicas (turbulencias, calentamientos, frotamientos). El rendimiento hidráulico de una bomba es la relación entre la potencia hidráulica entregada y la potencia absorbida. Varia con el caudal y la velocidad de rotación entre el 30 y el 75 %. POTENCIA HIDRAULICA RENDIMIENTO HIDRAULICO = ------------------------------------------------------------ ----------POTENCIA ABORBIDA Esta noción de rendimiento rendimiento es importante para la utilización de de las bombas centrifugas, pues tiene influencia directa directa sobre el consumo de energía energía y por lo tanto sobre los costos costos de funcionamiento. Para un buen rendimiento la bomba debe trabajar el mayor tiempo posible al máximo de su potencia hidráulica. La noción de rendimiento rendimiento hidráulico es menos importante para las bombas de incendio pues pues para esta actividad lo que interesa es el resultado de la operación. Las bombas de incendio se usan en una gama muy grande gr ande de caudales en función de las necesidades y el rendimiento muchas veces se sitúa muy distante del optimo, pero teniendo en cuenta que el tiempo t iempo real de utilización es relativamente relativamente breve, este factor f actor es secundario, -razón por la que q ue no insistiremos en este punto para no recargar el contenido de este trabajo t rabajo técnico.

CAPITULO VIII LOS ENSAYOS DE BOMBAS NORMALIZADAS Las normas proveen las condiciones mínimas para la realización de ensayos que son comunes para motobombas y bombas instaladas sobre vehículos de lucha contra incendios y de rescate. Los ensayos se realizan sobre la base de los dos valores significativos: Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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- caudal nominal Qn - presión nominal Pn 1.- DEFINICIONES El caudal nominal y la presión nominal corresponden en principio a los puntos de rendimiento máximo de la bomba. La norma da la siguiente definición: "El caudal nominal, es el caudal expresado en l/min, que se obtiene con succión desde un nivel de - 3 m y con una presión mínima, denominada presión nominal, medida a la salida de la bomba y fijada para cada norma en particular". La designación de las bombas se realiza con indicación de su caudal y presión nominales: Ejemplo: Bomba 1500 - 15 tiene Qn = 1500 l/min y Pn = 15 bars Bomba 250 - 36

tiene Qn = 250 l/min y Pn = 36 bars

2.- ENSAYOS PREVISTOS POR LA NORMA La norma provee diferentes diferentes ensayos para el equipo equipo motor-bomba que permiten ensayar ensayar el conjunto motor-bomba y darle darle una aprobación aprobación en una categoría. Estos ensayos también indican al usuario un cierto valor de rendimiento r endimiento o capacidad mínimo aun cuando no disponga las curvas características del constructor. Los previstos son: •

ensayos de duración y verificación de la autonomía de marcha. Estos ensayos se realizan con succión desde - 3 m con la capacidad nominal de la bomba, permite verificar el funcionamiento continuo durante un tiempo tiempo fijado en función del tipo de bomba bomba y el consumo de combustible del motor;

•

ensayo de cebado (tiempo de aspiración). Este ensayo se realiza con un desnivel de 6,5 m y consiste en medir el tiempo t iempo transcurrido desde el inicio de succión hasta el momento en que el agua surge de la bomba. Este ensayo se repite tres veces consecutivas y los valores no deben exceder de: - 35 segundos para caudales nominales menores a 500 l/min - 30 s para caudales nominales de 500 a 750 l/min. - 40 s para caudales nominales de 1000 a 1500 l/min. - 60 s para caudales nominales igual o mayor a 2000 l/min.

control de caudal nominal a presión nominal durante por lo menos 10 minutos; medición de la presión presión máxima a 2/3 del caudal caudal nominal. La presión presión debe ser superior a 1,2 veces la presión nominal; caudal máximo a 2/3 de la presión nominal. El caudal debe ser superior a 1,2 • medición del caudal veces el caudal nominal. • •

Estos ensayos deben realizarse a presión atmosférica de 1013 mbars y a temperatura del agua entre 4 y 20 ºC. La norma prevé una formula de corrección para condiciones otras a las indicadas. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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3.- TABLA RESUMEN DE DATOS DE ENSAYOS NORMALIZADOS Bomba Qn - Pn

1500-15

Ensayo

Desnivel (m) Cebado 6,50 1/2 Qn a Pn 6,50 Qn a Pn 3,00 Pmax-2/3 Qn 5,00 Qmax a 2/3 Pn 0,00

Aspiración Lgo x Diam. 5m x 100mm 5m x 100mm 5m x 100mm 5m x 100mm 1m x 100 mm

Expulsión Q l/min.

P bar

750 1500 1000 >1800

15 15 >18 10

Estos ensayos se realizan con una válvula de pie en la succión. En las diferentes normas se presentan anexos con tablas para los tipos de bombas de incendio más usuales. CAPITULO IX ACOPLE DE BOMBAS Existe la posibilidad de hacer trabajar varias bombas para alimentar un mismo conducto de expulsión. expulsión. Los dos tipos de acople son: - acople de bombas en paralelo - acople de bombas en serie El acople en paralelo no es frecuente f recuente en la actividad de los bomberos, en tanto que el acople en serie se usa a menudo en el establecimiento de un campo de lucha contra incendio. Esto ultimo muy utilizado para trasladar agua a grandes g randes distancias 1.- ACOPLE DE BOMBAS EN PARALELO El acople en paralelo de dos bombas se realiza cuando es necesario juntar los caudales sobre una misma tubería.

Bomba 1 Bomba 2 Esquema de dos bombas en paralelo Conociendo las características caudal-presión de cada una de las bombas y sus velocidades es posible determinar las características resultantes para una presión indicada.





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2 - ACOPLE DE BOMBAS EN SERIE Esquema de dos bombas en serie Bomba 1 Bomba 2

Características resultantes de conectar dos bombas iguales en serie

Características resultantes

Características de acoplar en serie dos bombas de incendio, Bomba 1 con caudal de 4000 lts/min. y Bomba 2 de 3500 lts/min. Agradecemos el tiempo destinado a la lectura de esta información, Cualquier información adicional que Ud. necesite, no dude en comunicarse, con nuestro departamento de capacitación. Tecin Tec in Ro Rose senb nbau auer er S. S.A. A.




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