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6 Manual Hidraulica 2017

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Cuerpo General de Bomberos Voluntarios del Perú
Dirección General del Centro de Instrucción
Curso de Hidráulica aplicada a la lucha contra incendios
CUERPO GENERAL DE
BOMBEROS VOLUNTARIOS DEL
PERU
Curso
HIDRÁULICA APLICADA A LA
LUCHA CONTRA INCENDIOS
__________________________________________________________________________
Enero 2017
MP 1- 1
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Curso de Hidráulica aplicada a la lucha contra incendios
Desde los comienzos de la lucha contra el fuego organizada, el éxito de los Bomberos ha
dependido de su coraje, dureza y capacitación. La carencia de herramientas y de equipos de
protección, exigía a los primeros Bomberos que desarrollasen un gran esfuerzo físico y que
asumiesen enormes riesgo.
En el Bombero de antaño, era un requisito imprescindible disponer de gran fuerza muscular
que le capacitase para los grandes esfuerzos que le exigían algunas intervenciones de
rescate. En el siglo XXI, sigue siendo un requisito fundamental para el Bombero tener un
gran coraje y determinación, además de una buena preparación física y mental, pero el gran
incremento del arsenal de equipos permite intervenciones más seguras y las herramientas
mecánicas, eléctricas e hidráulicas, facilitan la realización de trabajos imposibles en otras
épocas.
El Bombero moderno debe tener unos amplios conocimientos técnicos para aplicar, utilizar
y explorar toda la tecnología a su alcance para incrementar las posibilidades de salvar vidas.
Desde la antigüedad hasta hoy en día, la lucha contra el fuego ha sido la principal tarea de
los Bomberos. De hecho la palabra bombero se deriva de su trabajo con bombas hidráulicas.
En la actualidad sus tareas son de una amplia naturaleza añadiéndose a las del combate de
incendios otras actividades de rescate diversas, e incluso actuaciones en defensa del medio
ambiente.
Para la elaboración de este manual se ha usado como principales referencias diferentes
manuales y normas que al final de este material se detallan.
El presente manual ha sido elaborado para el Cuerpo General de Bomberos Voluntarios del
Perú el año 2014 por:
Brigadier CBP Edward Freire Gatti
Cía. Olaya 13
Con la colaboración de:
Brigadier CBP Oscar Fernández Sánchez
Cía. France 3
A solicitud de la Dirección de la Escuela Técnica del CBP
Brigadier CBP Rocio Bayona Aranda
Cía. Salvadora Lima 10
Siendo el Director General de Centro de Instrucción del Cuerpo General de Bomberos
Voluntarios del Perú
Brigadier Mayor CBP Larry Linch Solis
Primera versión Octubre 2014
Segunda versión Marzo 2015
Tercera versión Enero 2017
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Enero 2017
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FICHA DE INSCRIPCIÓN
Curso: _________________________________________
Departamental: ____________________________________
Sede: ___________________ Fecha: __________________
1. Grado:_____________________________________________
2. Apellidos y Nombres: _________________________________
3. Código CBP: ________________________________________
4. Número de DNI: _____________________________________
5. Comandancia Departamental: ___________________________
6. Compañía de Bomberos: ______________________________
7. Fecha de Nacimiento: ________________________________
8. Sexo: __F __M
9. Teléfono: Residencial: ________________
Teléfono Móvil: _______________ RPM __________________
10. Correo Electrónico ___________________________________
11. Corre Institucional: __________________________________
11. Cargo actual bomberil: ______________________________
12. Profesión u Ocupación: ______________________________
13. Experiencia en Gestión: ______________________________
___________________________
Firma
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EVALUACION DEL CURSO
1
muy
malo
Sus evaluaciones son de valor para el
mejoramiento del curso. Usar la siguiente
escala del 1 al 5
2
3
4
malo
regular
bueno
5
muy
bueno
Nombre del curso:
Sede:
Departamental:
Calificación
Lecciones
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
lección
2
3
4
5
1
/
/
instructor
2
3
4
5
Introducción
Matemáticas
El Agua
Hidráulica
Aspirado y Cebado
Bombas
Mangueras
Pitones
Bombeo en serie
Resolución de ejercicios
Practica de campo
Calificación del Curso en conjunto
Temas
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1
Fecha:
1
Participantes
2
3
4
5
Manual del participante
Material de trabajo
Secuencia de las materias
Método usado en el curso
Ayudas visuales
Trabajo en grupo
Instructores como equipo
Logro de los objetivos señalados
Utilidad de las presentaciones
Utilidad del curso en su trabajo
Calidad de las instalaciones
QUE OPINA USTED DE: Marque la que considere
Nivel del curso
Demasiado avanzado
Apropiado
Demasiado elemental
Duración del curso
Demasiado corto
Apropiado
Demasiado extenso
Tomando todo en cuenta
¿cómo calificaría este curso?
Muy Malo
Malo
Regular
Bueno
Muy Bueno
¿Cumplió el curso con sus
expectativas personales?
Si
No
Comentarios:___________________________________________________________
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INDICE
1.
LECCIÓN 1 EL AGUA ............................................................................................................................................................. 10
1.1
INTRODUCCION ........................................................................................................................................................................... 10
1.2
DEFINICIÓN DEL AGUA ............................................................................................................................................................. 10
1.3
PROPIEDADES EXTINTORAS DE AGUA ................................................................................................................................. 11
1.3.1
LEY DE CALOR ESPECIFICO ....................................................................................................................................................... 11
1.3.2
LEY DE CALOR LATENTE DE EVAPORACIÓN ....................................................................................................................... 12
1.3.3
ÁREA DE SUPERFICIE DEL AGUA ............................................................................................................................................ 12
1.3.4
GRAVEDAD ESPECIFICA............................................................................................................................................................. 14
1.3.5
VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL AGUA ......................................................................................................................... 14
1.3.6
LOS EFECTOS DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL SOBRE EL AGUA ...................................................................................... 14
1.3.6.1 ¿QUÉ ES LA TENSIÓN SUPERFICIAL? .................................................................................................................................... 14
1.3.6.2 EFECTOS DE LA TENSIÓN SUPERFICIAL SOBRE EL AGUA .............................................................................................. 16
2.
LECCIÓN 2 HIDRÁULICA ........................................................................................................................................................ 17
2.1
HIDRAULICA ............................................................................................................................................................................... 17
2.2
HIDROSTÁTICA E HIDRODINÁMICA .................................................................................................................................... 17
2.3
CAUDAL .......................................................................................................................................................................................... 18
2.4
PRESIÓN ......................................................................................................................................................................................... 19
2.4.1
UNIDADES DE PRESIÓN ............................................................................................................................................................ 19
2.4.2
MEDIDORES DE PRESIÓN ......................................................................................................................................................... 20
2.4.3
BARÓMETROS .............................................................................................................................................................................. 20
2.4.4
MANÓMETROS ............................................................................................................................................................................ 20
2.4.4.1 MANÓMETRO DE COLUMNA DE LÍQUIDO......................................................................................................................... 20
2.4.4.2 MANÓMETROS MECÁNICOS .................................................................................................................................................. 21
2.4.4.2.1
MANÓMETROS DE TUBO DE BOURDON ................................................................................................................. 22
2.4.4.2.2
TUBOS DE BOURDÓN ESPIRAL Y HELICOIDAL ........................................................................................................ 22
2.4.4.2.3
MANÓMETROS DE FUELLE ........................................................................................................................................... 23
2.4.4.2.4
MANÓMETROS DE DIAFRAGMA ................................................................................................................................. 23
2.4.5
TRANSDUCTORES DE PRESIÓN............................................................................................................................................... 24
2.4.5.1 ELEMENTOS ELECTROMAGNÉTICOS.................................................................................................................................... 24
2.4.5.1.1
TRANSDUCTOR DE PRESIÓN MEDIDOR DE TENSIÓN .......................................................................................... 24
2.4.5.1.2
LOS TRANSDUCTORES RESISTIVOS ............................................................................................................................ 24
2.5
PRINCIPIOS DE PRESION ........................................................................................................................................................... 24
2.5.1
PRIMER PRINCIPIO ..................................................................................................................................................................... 24
2.5.2
SEGUNDO PRINCIPIO ................................................................................................................................................................. 25
2.5.3
TERCER PRINCIPIO ...................................................................................................................................................................... 25
2.5.4
CUARTO PRINCIPIO .................................................................................................................................................................... 25
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2.5.5
QUINTO PRINCIPIO ..................................................................................................................................................................... 26
2.5.6
SEXTO PRINCIPIO ........................................................................................................................................................................ 26
2.6
TIPOS DE PRESIÓN EN UN SISTEMA HIDRÁULICO CONTRAINCENDIOS................................................................... 27
2.6.1
PRESIÓN ATMOSFÉRICA ........................................................................................................................................................... 27
2.6.2
PRESIÓN NORMAL ...................................................................................................................................................................... 27
2.6.3
PRESIÓN ESTÁTICA ..................................................................................................................................................................... 27
2.6.4
PRESIÓN DE VELOCIDAD O DINÁMICA ................................................................................................................................ 28
2.6.5
PRESIÓN RESIDUAL .................................................................................................................................................................... 28
2.6.6
PRESIÓN EJERCIDA POR EL PESO DE LA COLUMNA DE AGUA O ALTURA DE PRESIÓN ...................................... 30
2.6.7
PRESIÓN TOTAL EN UN SISTEMA HIDRÁULICO ................................................................................................................ 31
2.7
PRINCIPIO DE PASCAL ............................................................................................................................................................... 31
2.8
PRINCIPIO DE VASOS COMUNICANTES ............................................................................................................................... 32
2.9
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO .......................................................................................................................................... 32
2.9.1
FLUIDO LAMINAR........................................................................................................................................................................ 32
2.9.2
FLUIDO TURBULENTO ............................................................................................................................................................... 33
2.10
ECUACION DE CONTINUIDAD ................................................................................................................................................. 33
2.11
TEOREMA DE BERNOULLI O PRINCIPIO DE BERNOULLI .............................................................................................. 34
2.11.1 APLICACIONES DEL TEOREMA DE BERNOULLI.................................................................................................................. 35
2.12
EFECTO VENTURI ........................................................................................................................................................................ 35
2.13
GOLPE DE ARIETE ........................................................................................................................................................................ 36
2.14
PÉRDIDAS DE PRESIÓN .............................................................................................................................................................. 37
2.14.1 FORMULA DE LA PERDIDA DE PRESIÓN TOTAL DEL SISTEMA..................................................................................... 37
2.14.2 PÉRDIDA POR FRICCIÓN ........................................................................................................................................................... 38
2.14.2.1PÉRDIDA DE PRESIÓN EN MANGUERAS CONTRA INCENDIOS .................................................................................... 38
2.14.3 PÉRDIDA POR ELEVACIÓN........................................................................................................................................................ 43
2.14.4 PÉRDIDA POR EL SISTEMA Y SUS COMPONENTES .......................................................................................................... 44
2.14.5 MÉTODO PARA REDUCIR LA PÉRDIDA DE PRESIÓN EN LÍNEAS CONTRA INCENDIOS ........................................ 44
2.15
REACCION EN LA LINEA DE MANGUERA Y EL PITON ...................................................................................................... 45
2.15.1 FUERZA DE RETROCESO CON EL PITÓN NEBLINERO ...................................................................................................... 45
2.15.2 FUERZA DE RETROCESO CON EL PITÓN DE CHORRO DIRECTO .................................................................................. 45
3.
LECCIÓN 3 CEBADO Y ASPIRADO ........................................................................................................................................ 46
3.1
CEBADO DE LA BOMBA ............................................................................................................................................................. 46
3.1.1
CEBADOR MANUAL .................................................................................................................................................................... 46
3.2
ALTURA DE ASPIRACION .......................................................................................................................................................... 46
3.3
ALIMENTACION DE LA BOMBA .............................................................................................................................................. 47
3.3.1
ALIMENTACIÓN DE LA BOMBA DESDE UNA CISTERNA ................................................................................................. 47
3.3.2
ALIMENTACIÓN DESDE UNA RED BAJO PRESIÓN ............................................................................................................ 47
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3.3.3
ALIMENTACIÓN DESDE UNA NAPA DE AGUA ................................................................................................................... 49
3.4
CEBADOR PRIME ......................................................................................................................................................................... 49
3.5
CAVITACION .................................................................................................................................................................................. 50
3.5.1
ASPECTOS TEÓRICOS ................................................................................................................................................................. 51
3.6
ALTURA DE SUCCION ................................................................................................................................................................. 53
3.6.1
ALTURA PRÁCTICA DE SUCCIÓN ............................................................................................................................................ 54
3.6.2
INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA ...................................................................................................................................... 56
3.6.3
INFLUENCIA DE LA ALTITUD .................................................................................................................................................... 57
4.
LECCIÓN 4 BOMBAS CONTRA INCENDIOS ........................................................................................................................ 58
4.1
PRINCIPIOS Y FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS ....................................................................................................... 58
4.2
TIPOS DE BOMBAS...................................................................................................................................................................... 58
4.2.1
LA BOMBA DE PISTÓN ............................................................................................................................................................... 58
4.2.2
LA BOMBA CENTRIFUGA .......................................................................................................................................................... 59
4.3
CURVAS CARACTERISTICAS ..................................................................................................................................................... 63
5.
LECCIÓN 5
5.1
LINEAS DE MANGUERAS........................................................................................................................................................... 65
5.2
TAMAÑOS DE LAS MANGUERAS CONTRAINCENDIOS ................................................................................................... 65
5.3
CONEXIONES PARA MANGUERAS CONTRAINCENDIOS ............................................................................................... 66
5.3.1
TIPOS DE CONEXIONES PARA MANGUERAS CONTRAINCENDIOS ............................................................................. 67
MANGUERAS ..................................................................................................................................................... 65
5.3.1.1 CONEXIONES ROSCADAS.......................................................................................................................................................... 67
5.3.1.2 CONEXIONES STORZ .................................................................................................................................................................. 68
PITONES CONTRAINCENDIOS ..................................................................................................................... 69
6.
LECCIÓN 6
6.1
PITONES CONTRAINCENDIOS ................................................................................................................................................. 69
6.2
CLASIFICACION DE LOS PITONES ........................................................................................................................................... 70
6.5
VALVULA DE CONTROL DE LA BOQUILLA ........................................................................................................................... 74
6.5.1
VÁLVULA ESFÉRICA .................................................................................................................................................................... 74
6.5.2
VÁLVULA DE CORREDERA ........................................................................................................................................................ 74
6.5.3
VÁLVULA DE CONTROL ROTATIVO ....................................................................................................................................... 75
6.6
ALCANCE HORIZONTAL DEL CHORRO A LA SALIDA DE LA LANZA ............................................................................ 75
7.
LECCIÓN 7 BOMBEO EN SERIE ............................................................................................................................................ 77
7.1
ACTUACIONES DE BOMBEO EN SERIE ................................................................................................................................. 77
7.1.1
CONSIDERACIONES SOBRE EL BOMBEO EN SERIE .......................................................................................................... 77
7.1.2
MÉTODO DE BOMBEO EN SERIE A MÁXIMA DISTANCIA .............................................................................................. 78
7.1.3
MÉTODO DE BOMBEO EN SERIE A PRESIÓN CONSTANTE ........................................................................................... 79
8.
REFERENCIAS ............................................................................................................................................................................... 82
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1. Lección 1 El Agua
Competencias
1. Definir que es el agua.
2. Identificar las características del agua
3. Definir las diferentes propiedades extintoras del agua.
1.1 INTRODUCCION
Los equipos modernos utilizados en los Cuerpos de Bomberos, tienen su origen en la era
Cristiana, cuando ya en Roma se conocía la Bomba de
Pistón y en Grecia la de doble acción operada manualmente.
No fue hasta 1908 en que entro en servicio la bomba rotativa con éxito, siendo esta la
principal utilizada y luego en 1930 aparecieron las bombas centrifugas que han perdurado
hasta nuestros días.
Podemos considerar que la parte fundamental de todo equipo rodante contra incendio es
la BOMBA, por eso es obligación de todo operador conocer su funcionamiento, sus partes y
capacidades.
Ya que gracias a ella, se puede atacar el fuego con suficiente fuerza y cantidad de agua
como para absorber la parte del calor del incendio que mantiene la combustión.
Los Carros de Extinción de Incendio desempeñan una de las funciones más importante en
los Cuerpos de Bomberos, ya que además de realizarla función de absorber, recibir y
desplazar agua u otro elemento por medio de su sistema de bombeo, también permiten
transportar personal y equipo para combatir los incendios.
En tal sentido, la función del Operador de la bomba, es fundamental en las operaciones de
extinción de incendios y por lo cual debe realizar un trabajo eficiente y efectivo. Para lo
anterior, se debe conocer la forma correcta y adecuada a cada situación de operar una
bomba de incendios.
1.2 DEFINICIÓN DEL AGUA
El Agua es el nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de Hidrógeno y
oxígeno H2O. En sus propiedades el agua es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz
azul, que solo puede detectarse en capas de gran profundidad, el punto de congelación del
agua es de 0 °C y su punto de ebullición es de 100 °C. El agua es la única sustancia que
existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y
gaseoso, el agua se considera incompresible.
El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4 °C y se expande al congelarse,
para los propósitos de la protección contra incendios, suele considerarse que el agua
normal tiene un peso de 1 kilogramo por Litro.
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1.3 PROPIEDADES EXTINTORAS DE AGUA
El agua tiene la capacidad de extinguir el fuego de varios modos. El primer modo es
mediante el enfriamiento o absorción del calor. Otro método es mediante el ahogamiento
(exclusión del oxígeno). Este método es especialmente eficaz para las superficies de
líquidos inflamables pesados. Asimismo, en cierta manera se produce ahogamiento cuando
el agua se convierte en vapor en un lugar cerrado.
Como agente extintor, el agua se ve afectado por dos leyes naturales de la física. La ley de
calor específico y la Ley de calor latente de evaporación. Estas leyes son de importancia
vital a la hora de tener en cuenta la capacidad del agua para absorber calor. La cantidad de
calor que absorbe el agua también se ve afectado por la superficie total de agua expuesta a
éste. Otro elemento que debe tenerse en cuenta es la gravedad específica.
1.3.1 Ley de calor especifico
Es la medida de la capacidad de una sustancia para absorber calor. El agua, además de no
ser combustible, es capaz de absorber grandes cantidades de calor. La cantidad de calor
transferido se mide en julio (J) o en unidad térmica británica (Btu) (1,055KJ = 1 Btu).
1Btu es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra de agua en 1°F;
o en el sistema métrico, se necesita 4,19 KJ de calor para elevar en 1°C la temperatura de
1Kg de agua. El julio que también es una unidad de trabajo, ha sustituido a la caloría en el
SI (sistema internacional de unidades) para medir el calor (1 caloría = 4,19 julios).
El calor específico de cualquier material puede definirse como la proporción entre la
cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cantidad específica de un
material y la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de la misma cantidad
de agua en el mismo número de grados. El calor específico varía según la sustancia de que
se trate. La tabla muestra algunos agentes extintores de incendios y el calor especifico de
estos comparados con el agua (para el mismo peso).
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Agente
Calor especifico
Agua
1,00
Solución de cloruro cálcico
0,70
Dióxido de carbono (sólido)
0,12
Dióxido de carbono (gas)
0,19
Bicarbonato de sodio
0,22
Utilice la tabla y divida el calor especifico del agua (1,00) por el calor especifico del dióxido
de carbono gas (0,19). Observe que se necesita una cantidad de calor cinco veces superior
para elevar la temperatura de 1 libra de agua en 1°F que la necesaria para elevar la misma
cantidad de dióxido de carbono en gas hasta los mismos grados.
En otras palabras, una cantidad determinada de agua absorberá cinco veces más calor que
la misma cantidad de dióxido de carbono. Si se comparan los diferentes materiales de la
lista, se ve claramente que el agua es el material que mejor absorbe el calor.
1.3.2 Ley de calor latente de evaporación
Es la cantidad de calor que absorbe una sustancia cuando pasa de líquido a vapor. La
temperatura a la que un líquido absorbe calor suficiente para convertirse en vapor se
conoce como punto de ebullición. A nivel del mar, el agua empieza a hervir a 100°C. Sin
embargo, la evaporación no se produce por completo en el instante en el que el agua
alcanza el punto de ebullición. Cada kilogramo de agua necesita aproximadamente 2,240 KJ
de calor adicional para convertirse por completo en vapor.
El calor de evaporación es relevante para la lucha contra incendios, ya que mientras el agua
absorbe los 2.240 KJ por kilogramo, la temperatura no aumenta por encima de los 100°C.
La cantidad de calor que un objeto combustible puede producir depende de del material
del que está compuesto. La velocidad a la que el objeto libera el calor depende de factores
como la forma física, la cantidad de superficie expuesta y el abastecimiento de aire u
oxígeno.
1.3.3 Área de superficie del agua
La velocidad a la que el agua absorbe calor aumenta proporcionalmente a la superficie del
agua que se expone al calor; por ejemplo, si echamos un cubito de hielo con una superficie
de 25mm en un vaso de agua, tardara bastante tiempo en absorber totalmente su
capacidad de calor (derretirse). Esto se debe a que solo 3,870mm2 de hielo están en
contacto directo con el agua. Si dividimos este cubito de hielo en cubitos de 3mm y los
echamos a l agua la superficie que ahora está en contacto directo con el agua es de
30,970mm2. Aunque el total de los cubitos más pequeños posee la misma masa que el
cubito más grande, estos se derriten más rápido. Por ese motivo, el hielo picado se derrite
más rápido en una bebida que los cubitos. Este principio también se aplica al agua en
estado líquido. Si el agua se divide en muchas gotas, la velocidad de absorción de calor
aumenta centenares de veces.
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La velocidad de expansión del agua hace que sea muy eficaz para extinguir incendios.
Otra característica del agua que se utiliza a veces en la lucha contraincendios es la
capacidad de expansión que tiene en estado gaseoso. Esta expansión sirve para enfriar el
área del fuego expulsando el calor y el humo de la zona. La expansión varía según la
temperatura en el área del fuego.
El vapor dispersará los productos de combustión de un área cerrada con la ventilación
adecuada.
Expansión de un volumen de agua
Temperatura °C
Volumen de vapor
100
1,700
200
2,060
300
2,520
400
2,980
500
3,440
600
3,900
El volumen de vapor de agua que se genera a una temperatura de 100ºC es,
aproximadamente, 1.700 veces mayor que el volumen original en fase líquida. Pero a
medida que la temperatura aumenta, esta expansión es aún mayor.
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1.3.4 Gravedad especifica
La densidad de los líquidos en relación con el agua se conoce como gravedad especifica. El
agua posee una gravedad específica de 1. Los líquidos con una gravedad específica inferior
a 1 son más ligeros que el agua y flotan en ella. Aquellos con una gravedad especificas
superiores a 1 son más pesados que el agua y se hunden.
1.3.5 Ventajas e inconvenientes del agua
El agua es un excelente agente extintor por una serie de características:
 Tiene una capacidad de absorción de calor superior a la de otros agentes extintores
habituales
 Para convertir el agua en vapor, hace falta una cantidad de calor relativamente
grande, lo que significa que absorbe más calor del fuego
 Cuando mayor sea la superficie del agua expuesta al fuego, más rápido absorberá el
calor. Esta superficie puede expandirse mediante chorros nebulizadores
 El agua convertida en vapor ocupa 1,700 veces su volumen original
 El agua es abundante y está disponible en la mayoría de jurisdicciones
No obstante, el uso del agua como agente extintor también presenta algunos
inconvenientes. Estas son algunas de las propiedades del agua que suponen una
desventaja:
 El agua presenta una tención superficial alta, por lo que no empapa los materiales
densos. Sin embargo, si se le añade agentes humectantes, se reduce la tención
superficial y aumente la capacidad de penetración
 El agua puede ser un agente reactivo para ciertos combustibles, como, por ejemplo,
los metales combustibles
 El agua posee niveles bajos de opacidad y de reflexión, por lo que el calor radiante
puede atravesarlo con facilidad
 El agua se congela a 0°C, lo que representa un problema para las jurisdicciones con
climas fríos. La congelación del agua es un peligro para los bomberos, ya que el
hielo que se forma tanto afuera como adentro de los equipos puede traer averías
de los mismos
 El agua es un buen conductor de la electricidad, por lo que puede representar un
peligro para los bomberos que trabajan alrededor de equipos con cargas eléctricas
1.3.6 Los Efectos de la Tensión Superficial sobre el Agua
1.3.6.1 ¿Qué es la Tensión Superficial?
En física se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual la superficie de un
líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica. Este efecto
permite a algunos insectos, como el zapatero, desplazarse por encima del agua, y es el
causante de la capilaridad.
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Esta tensión superficial se debe a que las fuerzas que afecten a cada molécula son
diferentes en el interior del líquido y en la superficie de éste.
En el interior de un líquido (a nivel microscópico) una molécula es atraída por todas las
que le rodean (fuerzas de cohesión), de manera que el efecto total es nulo, es decir,
cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan, las
moléculas están en equilibrio. El nivel de energía en el interior de un líquido es muy
bajo.
Pero en la superficie las fuerzas que atraen a las moléculas hacia abajo no pueden ser
neutralizadas por las moléculas superiores, si en el exterior del líquido tenemos un gas,
existirá una mínima fuerza atractiva hacia el exterior, pero en realidad esta fuerza es
despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y el gas.
Las moléculas situadas en la superficie tienen una mayor energía promedio que las
situadas en el interior, por lo tanto la tendencia será a disminuir la energía total, y ello
lo logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, por lo que se
produce una reducción de área hasta el mínimo posible.
El valor de la tensión superficial depende de la magnitud de las fuerzas
intermoleculares en el seno del líquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas
de cohesión del líquido mayor será su tensión superficial. Podemos ilustrar este
ejemplo considerando tres líquidos: hexano, agua y mercurio. En el caso del hexano, las
fuerzas intermoleculares son de tipo de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der
Waals tiene interacciones de puente de hidrógeno, de mayor intensidad, y el mercurio
está sometido al enlace metálico, la más intensa de las tres. Así, la tensión superficial
de cada líquido crece del hexano al mercurio.
Para un líquido dado, el valor de la tensión superficial disminuye con el aumento de la
temperatura, debido al aumento de la agitación térmica, lo que redunda en una menor
intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tensión superficial
tiende acero conforme nos aproximamos a la temperatura crítica Tc del compuesto. En
este punto, el líquido es indistinguible del vapor, formándose una fase continua donde
no existe una superficie definida entre ambos.
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Líquido Tensión
Superficial
Aceite de oliva
Agua
Alcohol etílico
Benceno
Glicerina
Petróleo
Mercurio
(10-3 N/m)12
33.06
72.8
22.8
29.0
59.4
26.0
487
Otro de los efectos de la tensión superficial tiene que ver con su efecto sobre los bordes de
un recipiente.
Cuando un líquido está en contacto con un sólido se ponen de manifiesto la cohesión que
son las fuerzas que actúan dentro de una masa de líquido (fuerza liquido-líquido), y la
adherencia que son las fuerzas que aparecen en la superficie de un líquido (fuerza sólidolíquido).
- Si la fuerza de cohesión es mayor que a la fuerza de adherencia, el líquido NO MOJA al
sólido.
- Si por el contrario es mayor la fuerza de adherencia, el líquido MOJA al sólido.
Si echamos agua en un tubo de ensayo veremos que se forma un menisco cóncavo, y al
vaciar el agua siempre quedan gotas adheridas al tubo. Si por el contrario llenamos un tubo
con mercurio se formará un menisco convexo, y al vaciarlo no quedará ninguna gota de
mercurio en el tubo.
La mayor fuerza de adherencia sobre la de cohesión se puede observar en un vaso cuando
se llena hasta el borde superior con agua, ésta no rebalsa inmediatamente, sino que hace
una especie de colchón o sobre espesor por encima del borde del vaso, esto se debe a que
el agua “se pega” al borde y no permite que el vaso rebalse.
1.3.6.2 Efectos de la Tensión Superficial sobre el Agua
Los dos efectos que nos produce la tensión superficial de los líquidos y que limita o
disminuye su capacidad extintora lo podemos resumir en los siguientes:
- La capacidad que tiene el agua de adherirse a las paredes del sólido que lo contiene o por
donde circula, produce una importante limitación del agua para penetrar a fuegos en
profundidad, el agua es como que se “pega” al sólido, a los bordes o grietas y no penetra
todo lo que quisiéramos o simplemente forma canales en el interior de las pilas de
combustibles.
- El agua se “encorva” para presentarnos la menor superficie posible y con eso lograr el
equilibrio mencionado anteriormente, con lo que nos limita la superficie libre por donde el
agua puede transferir calor.
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2. Lección 2
Hidráulica
Competencias
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Definir que es Hidráulica
Definir que es caudal
Definir que es presión y sus diferentes tipos
Definir el golpe de ariete
Definir la ecuación de la continuidad
Definir la perdida de presión y porque sucede
2.1 HIDRAULICA
Es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniería que se
encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos.
2.2 HIDROSTÁTICA E HIDRODINÁMICA
La hidráulica se divide en dos ramas, la hidrostática, que estudia los fluidos en reposo, y la
hidrodinámica, que estudia los fluidos en movimiento.
En los líquidos en reposo, la presión a la que están sometidos depende de su propio peso, y
de las fuerzas que se le estén aplicando desde el exterior, por ejemplo, la presión
atmosférica.
La energía mecánica de un líquido en reposo, es decir su capacidad de realizar trabajo, es
exclusivamente una energía potencial, o sea la capacidad de realizar un trabajo como
consecuencia de las fuerzas a las que está sometido, entre las que se encuentra la fuerza
de la gravedad con que es atraído por la tierra, que será mayor cuanto mayor sea la altura
a la que se encuentre. En un fluido en reposo la energía cinética es nula.
En los líquidos en movimiento, la energía adquirida por la velocidad del líquido (energía
cinética) se suma a la energía potencial, con lo que su capacidad de realizar un trabajo es
mayor.
Todo lo referente a este capítulo puede aplicarse a cualquier fluido. No obstante, se
considera que el fluido a que se refiere todo el capítulo es agua.
En la naturaleza el agua puede encontrarse dulce o salada. El agua salada también se
emplea a veces en la extinción de incendios. A los efectos de este texto, el agua se
considera siempre dulce.
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2.3 CAUDAL
Se llama caudal a la cantidad de líquido que circula por una tubería o sale por un orificio en
la unidad de tiempo. También se le denomina gasto.
El caudal se mide en unidades de capacidad por unidad de tiempo, por ejemplo en litros
por minuto (l/m), litros por segundo (l/s), metros cúbicos por hora (m3/h), etc. En el
sistema internacional se utiliza el metro cúbico por segundo (m3/s), para lo cual la
velocidad debe ir en m/s y la sección en m2.
Para medir el caudal se utilizan equipos llamados caudalímetros.
El caudal (Q) es directamente proporcional a la densidad del fluido (D), a la sección (S) de la
tubería o del orificio y a la velocidad (V) del líquido.
Esto se expresa por la fórmula: Q = D x S x V
En el caso del agua, y dado que la densidad del agua es igual a 1, la fórmula del caudal
sería:
Q=SxV
Dado que el fluido que se considera en este capítulo es siempre el agua, se desprecia el
factor densidad y peso específico en las fórmulas, por ser su valor la unidad. Como las
tuberías, mangueras y orificios utilizados en la lucha contra el fuego son siempre
circulares, esta expresión puede también ponerse en función del diámetro del orificio.
La sección de un circulo de radio r, se obtienen multiplicándola constante π (pi) cuyo valor
es de 3,1416por el cuadrado del radio: S = π x r2; y si la fórmula se pone en función del
diámetro se tendría: S = π d2 /4; lo que supone que:
Q = 0,785 d2 V
El caudal que circula por una conducción de sección circular es directamente proporcional
al cuadrado de su diámetro y a la velocidad que lleva el agua.
Si el diámetro de la manguera se duplica, el caudal se cuadriplica, siempre que la velocidad
del agua se mantenga.
En una instalación de mangueras por la que está pasando un cierto caudal, si aumentamos
el diámetro, la velocidad disminuye (Q = S x V), salvo que se increméntela presión y con ello
la velocidad del agua.
Si el caudal no varía, cualquier disminución del diámetro de la manguera, supone un
incremento automático de la velocidad del agua.
El caudal de agua en el interior de una manguera se mantiene constante en toda su
longitud si la presión de impulsión no se modifica.
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2.4 PRESIÓN
Cuando se aplica una fuerza sobre un objeto, este tiende a desplazarse en la dirección de la
fuerza, o a deformarse o a comprimirse en el caso de que no pueda desplazarse. También
pueden producirse ambos efectos simultáneamente. El efecto o la tendencia a la
deformación o compresión son mayores si la misma fuerza se aplica sobre una superficie
más pequeña.
Se conoce como presión la fuerza aplicada por unidad de superficie. Es decir la presión (P)
es la relación entre la fuerza aplicada (F) y la superficie (S) sobre la cual se aplica:
P=
F
S
El efecto de una fuerza cualquiera sobre una superficie depende del tamaño de dicha
superficie, es decir depende de la presión que dicha fuerza ejerce sobre la superficie.
Ese principio se utiliza para andar sobre la nieve sin hundirse. Las raquetas para nieve o los
esquís reparten el peso del usuario sobre una gran superficie, disminuye el peso aplicado
por unidad de superficie, es decir disminuye la presión sobre el terreno.
Por idéntico principio, un pico afilado penetra mejoren cualquier superficie que un pico
romo. Al estar más afilado, la superficie de contacto es menor, incrementándosela presión.
2.4.1 Unidades de Presión
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2.4.2 Medidores de Presión
La mayoría de los dispositivos que permiten medir la presión directamente miden en
realidad la diferencia entre la presión absoluta y la presión atmosférica. El resultado
obtenido se conoce como presión manométrica. La presión atmosférica al nivel del mar es
101.3 kPa, o 14.7 lb/in2. Debido a que la presión atmosférica participa en gran número de
cálculos, con frecuencia se usa una unidad de presión de una atmósfera (atm), definida
como la presión media que la atmósfera ejerce al nivel del mar, o sea, 14.7 lb/in2 .
2.4.3 Barómetros
Son dispositivos para medir la presión
atmosférica. Consiste en un largo tubo
cerrado en uno de sus extremos y se llena al
inicio con mercurio. Se sumerge el extremo
abierto bajo la superficie del mercurio que
se encuentra en un contenedor y se
permite que alcance el equilibrio. En el
extremo superior del tubo se produce un
vacío casi perfecto, que contiene vapor de
mercurio a una presión de sólo 0.17 Pa a 20
°C. Si se comienza en este punto y se
escribe una ecuación similar a la de los
manómetros, se tiene:0 + γmh = Patm O
bien: Patm=γmh
2.4.4 Manómetros
Los manómetros son los instrumentos utilizados para medir la presión de fluidos (líquidos y
gases). Lo común es que ellos determinen el valor de la presión relativa, aunque pueden
construirse también para medir presiones absolutas. Todos los manómetros tienen un
elemento que cambia alguna propiedad cuando son sometidos a la presión, este cambio se
manifiesta en una escala o pantalla calibrada directamente en las unidades de presión
correspondientes. Cuando el aparato de medición sirve para medir presiones que cambian
muy rápidamente con el tiempo como por ejemplo, dentro del cilindro del motor de
combustión interna, recibe el nombre de transductor, reservándose el nombre de
manómetro para aquellos que miden presiones estáticas o de cambio lento.
2.4.4.1 Manómetro de columna de líquido
Doble columna líquida utilizada para medir la diferencia entre las presiones de dos fluidos.
El manómetro de columna de líquido es el patrón base para la medición de pequeñas
diferencias de presión.
Los tipos básicos de manómetro de tubo de vidrio son el de tubo en U y los de tintero, que
pueden medir el vacío o la presión manométrica dejando una rama abierta a la atmósfera.
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Manómetros de tubo en forma de “U”
Manómetro de tintero
2.4.4.2
Manómetros Mecánicos
Se dividen en los que tienen elementos de medida directa que miden la presión
comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas, y los que
tienen elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que
contienen.
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2.4.4.2.1
Manómetros de tubo de Bourdon
Estos manómetros tienen un tubo metálico elástico, aplanado y curvado de forma especial
conocido como tubo de Bourdon tal y como se muestra en la figura. Este tubo tiende a
enderezarse cuando en su interior actúa una presión, por lo que el extremo libre del tubo
de Bourdon se desplaza y este desplazamiento mueve un juego de palancas y engranajes
que lo transforman en el movimiento amplificado de una aguja que indica directamente la
presión en la escala.
Manómetro y Vacuómetro.
2.4.4.2.2
Tubos de Bourdón espiral y helicoidal
Los tubos de Bourdón espiral y helicoidal se hacen de tubería con sección transversal
aplanada. Ambos fueron diseñados para proporcionar mayor recorrido de la extremidad
del tubo, sobre todo para mover la pluma de grabación de registradores de presión.
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2.4.4.2.3
Manómetros de fuelle
Los manómetros de fuelle tienen un elemento elástico en forma de fuelle (como el
acordeón) al que se le aplica la presión a medir, esta presión estira el fuelle y el
movimiento de su extremo libre se transforma en el movimiento de la aguja indicadora
como se muestra en la figura de manera esquemática.
2.4.4.2.4
Manómetros de diafragma
Una variante del manómetro de fuelle es el manómetro de diafragma, en este caso la
presión actúa sobre un diafragma elástico el que se deforma y la deformación se convierte
en el movimiento del puntero indicador. La figura muestra un esquema más terminado de
un manómetro donde una cápsula elástica funciona como elemento sensor de la presión.
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2.4.5 Transductores de presión
2.4.5.1
Elementos electromagnéticos.
Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico
combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente.
Entre ellos encontramos:
2.4.5.1.1 Transductor de Presión Medidor de Tensión
La figura muestra ilustra un transductor de presión medidor de tensión. La presión que se
va a medirse se introduce a través de un puerto y actúa sobre un diafragma al que están
unidos medidores de tensión. Conforme los medidores de tensión detectan la deformación
del diafragma su resistencia cambia. El paso de una corriente eléctrica por los medidores y
su conexión a una red, denominada puente Wheatstone, ocasiona un cambio en el voltaje
eléctrico producido. El dispositivo de lectura por lo general es un voltímetro digital,
calibrando en unidades de presión.
2.4.5.1.2 Los transductores resistivos
Constituyen uno de los transductores eléctricos más sencillos. Consisten en un elemento
elástico que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión.
Los transductores magnéticos de presión existen dos grupos:


Transductores de inductancia variable y
Transductores de reluctancia variable
2.5 PRINCIPIOS DE PRESION
La velocidad a la que circula un fluido por una manguera o tubería depende de la presión
que se le aplique. Es importante identificar el tipo de presión del que hablamos, ya que
este término posee un significado muy amplio en el campo de los fluidos. Existen seis
principios básicos que determinan la acción de la presión sobre los fluidos. Por lo tanto, es
muy importante que el conductor/operador conozca bien estos principios antes de
estudiar los tipos de presión.
2.5.1 Primer principio
La presión de un fluido es perpendicular a la superficie
donde actué. Este principio se ilustra mediante un
recipiente con paredes lisas y lleno de agua. La presión
ejercida por el peso del agua es perpendicular a las
paredes del recipiente.
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2.5.2 Segundo principio
La presión de un fluido sobre un punto de un fluido en reposo tiene la misma intensidad en
todas las direcciones. En otras palabras, la presión de un fluido en reposo en un punto
determinado no tiene dirección.
2.5.3 Tercer principio
La presión aplicada en un fluido en un espacio cerrado desde
el exterior se trasmite por igual en todas las direcciones. Este
principio puede ilustrarse con una esfera hueca unida a una
bomba de agua. Se coloca una serie de manómetros
alrededor de la circunferencia interior de la esfera. Si la esfera
está llena de agua y la bomba aplica una presión, todos los
manómetros registran la misma cifra, siempre y cuando se
encuentren en el mismo plano y no haya un cambio de
elevación.
2.5.4 Cuarto principio
La presión de un líquido en un recipiente abierto es proporcional a su profundidad. Este
principio se ilustra con tres contenedores verticales, los tres contenedores tienen la misma
área de base.
Contenedor 1 tiene 3 mt de altura de agua
Contenedor 2 tiene 30mt de altura de agua
Contenedor 3 tiene 300 mt de altura de agua
La presión en la base del segundo es
10 veces mayor que la del primero
mientras que la del tercero es 100
veces, por lo tanto, la presión de un
líquido en un contenedor abierto es
proporcional a la altura del líquido.
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2.5.5 Quinto principio
La presión de un líquido en un recipiente abierto es proporcional a su densidad. Este
principio se ilustra utilizando 2 contenedores. En un contenedor se introduce mercurio
hasta alcanzar una altura de 25mm. En el otro se introduce agua hasta formar una columna
de 344mm. A pesar de la diferencia de cantidad y altura, la presión de cada contenedor es
aproximadamente la misma. Por lo tanto, el mercurio es 13,55 veces más denso que el
agua. Esto demuestra que la presión de un líquido en un recipiente abierto es proporcional
a su densidad.
2.5.6 Sexto principio
La presión de un líquido en el fondo de un recipiente es independiente a la forma de dicho
recipiente. Este principio se ilustra mostrando recipientes de diversas formas que
contienen agua, cada uno de ellos con la misma superficie en la base y con la misma altura.
La presión es la misma en todas las bases de los recipientes.
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2.6 TIPOS DE PRESIÓN EN UN SISTEMA HIDRÁULICO CONTRAINCENDIOS
Existen varios términos que se aplican a los diferentes tipos de presión que pueden
encontrarse en un sistema de abastecimiento de agua y durante las actuaciones de los
bomberos. El conductor/maquinista debe estar familiarizado con todos ellos, de modo que
utilice el adecuado contexto.
2.6.1 Presión Atmosférica
La atmósfera es la masa de aire que rodea la Tierra y determina, a causa de su peso, una
presión sobre los cuerpos situados en la superficie terrestre. Nosotros mismos estamos
constantemente bajo el efecto de la presión debida al peso de la columna de aire que
tenemos sobre nosotros y que alcanza hasta el límite superior de la atmósfera. Soportamos
ese peso sin trastornos gracias a que nuestro organismo está adaptado para ello.
Así, se llama presión atmosférica a la fuerza por unidad de superficie ejercida por la
atmósfera sobre los cuerpos situados en la superficie de la Tierra. El valor de la presión
atmosférica, medido al nivel del mar, es equivalente a la presión que hace una columna de
mercurio de 760 mm, o bien una columna de agua de 10 metros.
2.6.2 Presión normal
Es la que se encuentra en un sistema de distribución de agua durante las demandas de
consumo habituales. Tan pronto como el agua empieza a fluir a través de un sistema de
distribución, la presión estática deja de existir. Las demandas de consumo de agua fluctúan
continuamente, lo que provoca que el flujo de agua en el sistema aumente o disminuya. La
diferencia entre la presión estática y la presión de funcionamiento normal es la fricción
provocada por el flujo a través de las diversas tuberías, válvulas y empalmes de
canalizaciones en el sistema.
2.6.3 Presión Estática
Se refiere a estar en reposo o sin movimiento. La
presión sobre el agua puede ser producida, por una
fuente levada, por la presión atmosférica o por una
bomba de agua.
En resumen, cuando el agua dentro de un conducto
a presión se encuentra sin movimiento o en reposo,
se llama presión estática.
Dentro de un Sistema de Distribución Urbano
existen necesidades industriales y domésticas, por
lo que es muy difícil tener presión estática dentro
del sistema. En tal sentido, con respecto al flujo de
agua dentro de un sistema de distribución, la
Presión Estática seria la Energía Potencial
almacenada dentro de ella que le daría movimiento
cuando se le permite desplazarse.
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2.6.4 Presión de velocidad o Dinámica
En el caso del agua en movimiento, por ejemplo circulando por una manguera, la velocidad
del agua genera una presión en la dirección del movimiento. A esta presión generada por la
velocidad del agua se la denomina presión dinámica o presión de velocidad.
La presión de velocidad puede hacer subir al agua a una determinada altura. Si orientamos
una manguera en vertical hacia arriba, el agua que salga por la boquilla seguirá
ascendiendo hasta detenerse, es decir hasta que su velocidad sea 0.
A la altura que puede alcanzar el agua debida a la velocidad de salida, es decir a la presión
de velocidad, se la denomina altura de velocidad.
Por otro lado, la velocidad de salida es la misma que tendría la misma masa de agua si
cayera libremente desde una distancia equivalente a la altura de velocidad.
En realidad no todas las partes de la vena
líquida se mueven con la misma velocidad,
así que la que se considera velocidad del
líquido es la velocidad media, es decir la
media de la velocidad de todas las
partículas del líquido en dicho punto.
Un cuerpo que cae libremente desde una altura determinada (h v) está sometido a la
aceleración de la gravedad (g), y llegará al suelo con una velocidad (v) proporcional a la raíz
cuadrada del doble del producto de dicha altura por la aceleración de la gravedad.
Esto se expresa por la fórmula: V =
que es la ley de Torricelli
En la que g es la aceleración de la gravedad (9,8 m/s2)
Esta misma fórmula se utiliza para calcular la altura de velocidad hv que alcanzaría el agua
con una velocidad v.
2.6.5 Presión residual
Conocemos la palabra residual como a lo que queda de algo, al residuo. La presión residual
en un sistema de distribución de agua es la presión que queda del total existente cuando se
tiene un flujo dentro del conducto. Si conectamos un hidrante a un carro de extinción y
permitimos que fluya el agua hasta la bomba de dicho carro con las válvulas de salida
cerradas, el manómetro marcará la presión del sistema de distribución en ese punto. Si
abrimos una válvula y permitimos que fluya el agua, la presión inicial que se registró en el
manómetro tiende a bajar, la diferencia entre la presión inicial y la nueva registrada se
conoce como Presión Residual.
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En otras palabras, La Presión Residual es una fracción de la presión total registrada
inicialmente, que queda sin que sea utilizada para compensar la fricción o diferencias de
alturas cuando pasa el agua por un conducto o accesorio.
Un manómetro conectado a una manguera marcará la presión estática con la lanza
cerrada, y la presión residual cuando se esté lanzando agua.
El agua a presión en una manguera ejerce una presión normal sobre las paredes de la
misma. Si el agua dentro de la manguera está en reposo porque la válvula de salida está
cerrada, toda la presión se ejercerá sobre las paredes de la manguera. Esta presión normal
en un líquido en reposo también se llama presión estática. Cuando el líquido está en
movimiento se denomina presión residual.
La presión normal es la ejercida sobre las paredes de una manguera o una tubería que
contiene agua a presión.
Si se conecta un manómetro en la pared de una tubería, este marcará la presión normal.
Por eso también se la denomina a veces como presión manométrica.
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Si a una tubería que contiene agua a presión se conecta
un tubo abierto en posición vertical, el agua subirá por
el tubo venciendo la presión atmosférica. Si el agua
estuviese en reposo, toda la presión será estática, y el
agua subiría por el tubo hasta que el peso de la columna
de agua fuese igual a la presión existente en la tubería
2.6.6 Presión ejercida por el peso de la columna de agua o Altura de presión
La presión (p) que ejerce una columna de agua de una altura h es directamente
proporcional a su peso específico (ω).
Esto se expresa a través de la siguiente fórmula:
p = ω x h.
La altura h se conoce como altura de presión.
Como el peso específico del agua es de 9,81 newton por metro cúbico, (N/m3):
p = 9,81 x h
Es decir que para p en kPa y h en m:.
h=
1
xp
9,81
h= 0,102x p
Si la unidad de presión que utilizamos es el kg/cm2,tenemos que 1 m de columna de agua
(m.c.a.) ejerce una presión de 0,1 kg/cm2 y por tanto, para p en kg/cm2 y h en metros:
p = 0,1 h
La presión en una tubería puede conseguirse con un depósito elevado o mediante un
sistema de bombeo. Un depósito elevado a 10 metros de altura sobre el nivel del suelo
proporcionará a ese nivel una presión de 1 kg/cm2.(14.7 psi.)
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2.6.7 Presión Total en un sistema Hidráulico
En un sistema hidráulico existen muchos componentes los cuales puedes afectar el flujo y
las presiones en todo el recorrido del agua, afectando el caudal necesario para que un
pitón sea eficiente, es por ello que para poder determinar la presión total del sistema se
puede usar una fórmula que ayudara a los operadores a brindar el suministro correcto de
presiones y caudales de agua.
PB = PP + PF ±PE + PS
PB = Presión de bomba
PP = Presión en la salida del pitón
PF = Perdida por fricción
PE = Presión de elevación (altura)
PS = Perdida por el sistema (Conexiones Bifurcaciones, etc.)
2.7 PRINCIPIO DE PASCAL
El principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático
francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase:
La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un
recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las
direcciones y en todos los puntos del fluido.
La ley de Pascal es la base para comprender la relación entre fuerza, la presión y el área. La
relación a menudo se expresa con el siguiente símbolo:
Matemáticamente, esta relación se expresa como: Fuerza es igual a presión multiplicada
por área. La presión es igual a la fuerza dividida por el área, y el área se puede calcular
dividiendo la fuerza por la presión.
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La ley de Pascal se expresa de la siguiente manera: la
presión que se aplica sobre un fluido confinado en
reposo se transmite sin disminución en todas las
direcciones y actúa con fuerza igual sobre áreas iguales
y en ángulo recto con respecto a ellas. En el ejemplo
siguiente, tenemos un recipiente lleno de un líquido no
comprimible. Si se aplican 10 libras de fuerza a un
tapón de 1pulgada cuadrada, el resultado será 10 libras
de fuerza sobre cada pulgada cuadrada de la pared del
recipiente. Si el fondo del recipiente es de 20 pulgadas
cuadradas en total, la fuerza resultante será de 10 psi
multiplicado por 20 pulgadas cuadradas o 200 libras de
fuerza total, debido a que la fuerza es igual a la presión
multiplicada por el área.
2.8 PRINCIPIO DE VASOS COMUNICANTES
Es el nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados por su parte inferior y
que contienen un líquido homogéneo; se observa que cuando el líquido está en reposo
alcanza el mismo nivel en todos los recipientes, sin influir la forma y volumen de estos.
Cuando sumamos cierta cantidad de líquido adicional, éste se desplaza hasta alcanzar un
nuevo nivel de equilibrio, el mismo en todos los recipientes. Sucede lo mismo cuando
inclinamos los vasos; aunque cambie la posición de los vasos, el líquido siempre alcanza el
mismo nivel.
Esto se debe a que la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada recipiente,
por lo tanto la presión hidrostática a una profundidad dada es siempre la misma, sin influir
su geometría ni el tipo de líquido.
2.9 FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO
2.9.1 Fluido laminar
Se caracteriza por el deslizamiento de capas cilíndricas concéntricas una sobre otra de
manera ordenada. La velocidad de fluido es máxima en el eje de la tubería y disminuye
rápidamente hasta hacerse cero en la pared de la tubería.
Su número de Reynolds es: Re<= 2000
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2.9.2 Fluido turbulento
Se caracteriza por un movimiento irregular e indeterminado de las partículas del fluido en
direcciones transversales a la dirección principal de flujo. La distribución de velocidades es
más uniforme a través del diámetro de la tubería
Su número de Reynolds es: Re>= 4000
2.10 ECUACION DE CONTINUIDAD
La ecuación de continuidad no es más que un caso particular del principio de conservación
de la masa. Se basa en que el caudal (Q) del fluido ha de permanecer constante a lo largo
de toda la conducción.
,
Dado que el caudal es el producto de la superficie de una sección del conducto por la
velocidad con que fluye el fluido, tendremos que en dos puntos de una misma tubería se
debe cumplir que:
Que es la ecuación de continuidad y donde:


S es la superficie de las secciones transversales de los puntos 1 y 2 del conducto.
v es la velocidad del flujo en los puntos 1 y 2 de la tubería.
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Se puede concluir que puesto que el caudal debe mantenerse constante a lo largo de todo
el conducto, cuando la sección disminuye, la velocidad del flujo aumenta en la misma
proporción y viceversa.
En la imagen de la derecha puedes ver como la sección se reduce de A 1 a A2. Teniendo en
cuenta la ecuación anterior:
Es decir la velocidad en el estrechamiento aumenta de forma proporcional a lo que se
reduce la sección.
2.11 TEOREMA DE BERNOULLI o PRINCIPIO DE BERNOULLI
También denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el
comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue
expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido
ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la
energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
La energía y la presión de un fluido en cualquier momento constan de tres componentes:
1. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que
posee.
2. Energía Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido
posea.
3. Energía Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.
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2.11.1 Aplicaciones del teorema de Bernoulli
En un depósito grande con un orificio en la parte inferior la velocidad de salida del agua por
el orificio es igual a la raíz cuadrada del doble del producto entre la diferencia de cotas (h)
entre el orificio y la superficie del agua, por la aceleración de la gravedad:
v= 2 gh
Esto es válido para un depósito grande porque:
- la velocidad de descenso del nivel de agua se considera despreciable (VA=0)
- a presión en la superficie del agua y en el orificio de salida son iguales (pA= pB = presión
atmosférica).
La velocidad de salida del agua por un orificio en un depósito grande puede calcularse
aplicando el Teorema de Bernoulli.
2.12 EFECTO VENTURI
Cuando en una conducción se produce una disminución de la sección se produce un
incremento de la velocidad.
En aplicación del teorema de Bernoulli, y supuesto que la altura de la conducción no varía,
ese incremento de la velocidad genera una disminución de la presión, es decir, se genera
una depresión.
Si VB es mayor que VA, PB será menor que PA.
Esta depresión, que se produce al incrementarse la velocidad del fluido como consecuencia
de una disminución brusca de la sección de la tubería, genera un efecto de succión. Esto es
lo que se conoce como efecto Venturi.
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Demostración del efecto Venturi: la disminución de la sección crea un aumento de la
velocidad el líquido y por tanto una depresión.
Proporcionador de espuma, basado en el efecto Venturi.
El efecto Venturi, es decir la succión que genera un chorro de agua que reduce
bruscamente su sección, se utiliza en varios equipos y técnicas de bomberos.
Uno de estos equipos son los proporcionadores de espuma, en los que el efecto de succión
se utiliza para aspirar el espumógeno de un depósito auxiliar.
En el proporcionador, el agua pasa por una zona de menor diámetro, lo que incrementa su
velocidad y, por ello produce una depresión. Esta depresión genera una succión en un
conducto al que se conecta el depósito de espumógeno, con lo que el espumógeno es
aspirado hacia el proporcionador, mezclándose con el agua que circula por la manguera. La
sección de salida vuelve a ser la de entrada con objeto de restablecer la presión del sistema
con la mínima pérdida de presión por rozamiento.
2.13 GOLPE DE ARIETE
Si se interrumpe o varía bruscamente el caudal de agua que circula a cierta velocidad por
una manguera, o cualquier otra tubería, se producen en sus paredes presiones tan fuertes
que pueden llegar a romperlas, o incluso a arrancar una unión o una válvula.
Este fenómeno se produce porque la presión de velocidad se transforma bruscamente en
presión estática. Se genera una onda de presión que se desplaza a lo largo de la manguera.
Se llama golpe de ariete a este efecto de incremento brusco de presión que se produce por
el cambio repentino en la velocidad del agua que circula por la tubería.
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Al cerrarse la válvula, toda la
presión se transforma en presión
estática. Si el cierre es brusco se
produce un golpe de ariete.
La sobrepresión que genera el
golpe de ariete puede atenuarse
parcialmente con la dilatación de
la manguera, de modo que el
efecto será menor en las
mangueras de caucho que en las
de lona, ya que aquellas son más
elásticas. Pero el cierre repentino
de las lanzasen las mangueras
largas puede causar un aumento
depresión suficiente para que se
rompa la manguera.
El golpe de ariete es un efecto pernicioso que puede hacer perder la estabilidad del
bombero de punta de lanza, ya que se genera un fuerte efecto de reacción; Esto será
especialmente peligroso si se está trabajando en un tejado. La fuerza del golpe de ariete
puede llegar a romper tuberías, válvulas o accesorios.
Es un fenómeno complejo con graves efectos, que puede evitarse si se cierran las llaves de
paso o la lanza de la manguera progresivamente.
Algunos camiones tienen dispositivos automáticos de regulación de presión para
compensar variaciones bruscas de caudal.
2.14 PÉRDIDAS DE PRESIÓN
Las pérdidas de presión más importantes son:
 POR FRICCION
 POR ELEVACION
 POR EL SISTEMA Y SUSCOMPONENTES
2.14.1 Formula de la perdida de presión total del sistema
PPT = PF ±PE + PS
Dónde:
PPT= Perdida total de presión de sistema
PF= Perdida por Fricción
PE= Perdida o ganancia por Elevación o Caída de nivel
PS= Perdida por el Sistema y sus Componentes
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2.14.2 Pérdida por fricción
Al circular un líquido por una manguera la energía que proporciona su presión va
disminuyendo a lo largo de la manguera. Esta disminución de presión o pérdida de carga se
debe a que la energía se utiliza en parte en compensar la fricción o rozamiento contra las
paredes de la manguera y a las turbulencias que se originan en el flujo. Además tienen una
gran influencia las diferencias de sección y los cambios de dirección, y los accesorios tales
como válvulas y similares.
2.14.2.1
Pérdida de presión en mangueras contra incendios
La pérdida de carga a lo largo de una línea de mangueras es por consecuencia de la
disipación de energía por efecto del roce entre las láminas de líquido y sobre todo entre
éste y las paredes de los paños de mangueras.
El forro de goma interno de la manguera genera resistencia al paso del agua, esta fricción
es el motivo de la principal perdida de presión durante el flujo del agua en un sistema
hidráulico contraincendios.
Esta pérdida de presión dependerá de:
–Viscosidad de Agua.
–Paredes de los paños de manguera.
–Homogeneidad del conducto
–Velocidad de circulación del agua.
Con esta fórmula se puede calcular la perdida de presión de las mangueras.
PF = C·Q²·L
Dónde:
C = Constante
Q = Caudal en Gal/min (flujo/100)
L =Longitud en pies (longitud/100)
Valores de la Constante C:





1 ½"
1 3/4"
2½"
3"
4"
– 24
--15.5
– 2
– 0.8
– 0.2
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Pasos para determinarla perdida de presión por fricción usando la ecuación:
Paso 1. Obtenga el coeficiente de fricción utilizando la tabla
Paso 2. Determine la cantidad de centenares de galones de agua por minuto que fluyen (Q)
a través de la manguera aplicando la ecuación Q=gpm/100
Paso 3. Determine la cantidad de centenares de pies de la manguera (L) aplicando la
ecuación L=pies/100
Paso 4. Realice la ecuación con las cifras obtenidas en los pasos 1, 2 y 3 para obtener la
pérdida total de presión por fricción
PF = C (gpm/100) 2 (pies/100)
Manguera de 11/2”
C: 24
FLUJO EN GPM
40
Longitud del tendido en
metros
30
60
90
120
150
60
95
125
150
Perdida de presión por fricción en PSI.
4
8
12
15
19
9
17
26
35
43
Manguera de caucho de 13/4”
40
Longitud del tendido en
metros
30
60
90
120
150
80
60
15
31
46
61
77
22
43
65
87
108
38
75
113
150
188
54
108
162
216
C: 15.5
FLUJO EN GPM
80
95 125 150
175
200
Perdida de presión por fricción en PSI.
2
4
7
9
12
5
11
16
22
27
9
19
29
39
49
14
28
42
56
70
24
48
73
97
121
35
70
105
140
174
47
95
142
190
62
124
186
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Manguera d caucho de 21/2”
C: 2
FLUJO EN GPM
95
125
Longitud del
tendido en metros
150
175
200
225
250
275
300
350
Perdida de presión por fricción en PSI.
30
2
3
4
6
8
10
13
15
18
25
60
4
6
9
12
16
20
25
30
36
49
90
5
9
13
18
24
30
38
45
54
74
120
7
12
18
25
32
41
50
61
72
98
150
9
15
22
31
40
51
63
76
90
123
180
10
18
27
37
48
61
75
91
108
147
210
12
22
31
43
56
71
88
106
126
172
240
14
25
36
49
64
81
100 121
144
196
270
16
27
40
55
72
91
113 136
162
221
300
18
30
45
61
80
101 125 151
180
245
330
67
88
111 138 166
198
360
74
96
122 150 182
216
390
80
104 132 163 197
234
420
86
112 142 175 212
450
92
120 152 188 227
480
98
128 162 200 242
510
104
136 172 213
540
110
144 182 225
570
116
152 192 238
600
123
160 203 250
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Manguera de caucho de 3”
125
Longitud del
tendido en metros
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
570
600
200
C: 0.8
FLUJO EN GPM
250 325 500 750
1,000
1,250
Perdida de presión por fricción en PSI.
1
2.5
4
5
6.5
8
9
10
12
13
2
5
8
10
13
16
18
21
24
27
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
8
17
25
34
42
51
59
68
76
85
93
101
110
118
127
135
144
152
161
169
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
45
90
135
180
225
80
160
240
125
250
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Calcular la perdida de presión por fricción en las mangueras
PF = C (gpm/100) 2 (pies/100)
PF = ___ x (____/100)2 x (____/100) = _________psi.
PF = ___ x (____/100)2 x (____/100) = _________psi.
PF (21/2”) = ___ x (____/100)2 x (____/100) = _________psi.
PF (11/2”) = ___ x (____/100)2 x (____/100) = _________psi.
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2.14.3 Pérdida por Elevación
La pérdida de presión por altura como lo dice su nombre se debe al hecho de tener que
mandar agua a un nivel más elevado del que se encuentra el cuerpo bomba. (1.4 por cada
metro de altura)
En este caso la presión generada por el peso de la columna de agua jugará en contra de la
presión de salida del cuerpo bomba.
Cálculo de la pérdida por altura
Para efectos prácticos de cálculo se puede considerar que por cada metro que tenga que
subir el agua esta ejercerá una presión de 1.5 psi en contra del flujo y cuando esta se dirija
bajo el nivel del suministro aumentara por cada metro 1.5 psi. Esto es generado por el peso
del agua.
Para calculo rápido de caída de presión por altura
1 metro de altura 1.5 psi.
10 metros de altura 15 psi.
1 piso de altura 5 psi.
Esta tabla no considera la caída de presión por fricción
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2.14.4 Pérdida por el Sistema y sus Componentes
Esta pérdida corresponde a los siguientes componentes:
•
•
•
•
•
Dobleces pronunciados en las Mangueras,
Válvulas, Bifurcos y reducciones pierde 5 psi.
Pitón monitor pierde entre 10 a 25 psi.
Siamesas pierde aproximadamente 10Psi.
Eductor de espuma pierde aproximadamente 40 psi.
Estos generaran resistencia, rozamiento y turbulencia en el flujo del agua, como
consecuencia habrá una pérdida de presión al final del sistema hidráulico.
2.14.5 Método para reducir la pérdida de presión en líneas contra incendios
Un aspecto que hay que tener en cuenta al aplicar presión en una manguera es que el agua
tiene un límite de velocidad. Si éste se sobrepasa, la fricción es tan grande que el agua de la
manguera de agita a causa de la resistencia. Algunas características de los tendidos de
mangueras como el tamaño de la manguera y la longitud de tendido también afectan a la
pérdida por fricción.
Para reducir la pérdida de presión por fricción, tenga en cuenta seguir las siguientes
recomendaciones:
• Compruebe si el forro de la manguera tiene asperezas o está deteriorado.
• Utilice líneas de manguera cortas siempre que sea posible.
• Utilice una manguera más ancha para distancias largas.
•Utilice mangueras de 2.5 pulgadas, o múltiples líneas cuando haya que aumentas el flujo.
• Sustituya los acoples dañados de la manguera.
• Procure que la manguera no esté doblada en un ángulo demasiado agudo siempre que
pueda.
• Utilice adaptadores para conectar mangueras sólo cuando sea necesario.
• Mantenga las boquillas y las válvulas totalmente abiertas cuando las mangueras estén
funcionando.
• Utilice juntas de manguera del tamaño adecuado para cada manguera.
• Deben utilizarse los accesorios imprescindibles, para eliminar en lo posible las pérdidas
de carga que se generan.
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2.15 REACCION EN LA LINEA DE MANGUERA Y EL PITON
La Fuerza de retroceso es cuando el pitón arroja agua con un cierto caudal y la presión
produce una reacción, es decir una fuerza equivalente pero en sentido contrario.
2.15.1
Fuerza de retroceso con el pitón neblinero
En el caso de un pitón neblinero a 100psi, esa reacción es equivalente en kgs. al 24% de los
gpm que se descargan.
Como los incendios se apagan en función del caudal que se les arroja, no se puede
disminuir la reacción a un nivel que acomode al o los bomberos que operan un pitón, éstos
también deben tener el suficiente entrenamiento como para poder manejar sin problemas
un pitón con alta reacción por ejemplo:
Un pitón neblinero a 250 gpm tiene una reacción de 60 kgs por lo que se debe actuar con
las consideraciones del caso.
2.15.2
Fuerza de retroceso con el pitón de chorro directo
En el caso de un pitón de chorro directo se calcula la fuerza de retroceso mediante la
fórmula siguiente:
NR=1.57 x d2 x NP
NR= Reacción de la boquilla en libras
1.57= Constante
d= Diámetro de la boquilla
NP= Presión de la boquilla en Lb/pulg2
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3.
Lección 3 Cebado y Aspirado
Competencias
1.
2.
3.
4.
Explicar cuál es la altura de aspiración y cebado
Explicar cuáles son las alimentaciones de agua de la bomba
Reconocer la cavitación y los problemas que ocasionan
Reconocer la altura teórica y práctica máxima de aspiración
3.1 CEBADO DE LA BOMBA
Esto consiste en llenar todo el sistema de bombeo, es decir el interior de toda la bomba y la
tubería de succión, con agua para que de esta manera pueda succionar desde la fuente
correspondiente.
3.1.1 Cebador manual
Si eventualmente la bomba de cebado presenta problemas, puede realizarse el cebado
manual de la bomba.
Este consiste en rellenar la bomba y los tubos de succión, con agua del tanque u otra
fuente, hasta que salga agua por una de las salidas más altas de la bomba. En ese momento
se ha vaciado el aire del sistema y se puede enganchar la bomba, abasteciendo las salidas
de manera normal.
3.2 ALTURA DE ASPIRACION
Corresponde a la diferencia de nivel entre la superficie del agua y el eje de los impulsores
de la bomba.
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 asegura el contacto entre el líquido y el
impulsor es la fase de cebado.
Para poder aspirar agua desde un punto inferior, una bomba necesita crear en su interior
un vacío equivalente a la presión atmosférica.
Pero conocemos que la altura de aspiración máxima teórica es de 10,33 mts de agua al
nivel del mar, eso equivale a la presión del aire que tenemos sobre nosotros.
Para lograr que los carros de extinción puedan aspirar y levantar esta columna de agua se
adjunta a la bomba principal de incendio una bomba pequeña (comúnmente llamada
cebador), especializada en la extracción de aire, estas bombas que normalmente pueden
crear un vacío de –0,8 bar, es decir podría elevar agua hasta unos 8 metros, conocida como
el Primer.
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3.3 ALIMENTACION DE LA BOMBA
En la práctica corriente encontramos tres casos de succión relacionados con la
alimentación de la bomba.
3.3.1 Alimentación de la Bomba desde una Cisterna
El nivel de agua de un almacenamiento 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 está correctamente dimensionado el
Operador tendrá que cuidar solamente que las válvulas en el ramal de succión estén bien
abiertas para asegurar una correcta provisión de salida.
3.3.2 Alimentación desde una Red bajo Presión
En el caso de una alimentación desde una red (red urbana, red 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.
Asimismo llamamos la atención que algunas líneas industriales o urbanas tiene una gran
presión en los hidrantes, lo que puede ser perjudicial para la bomba y sus componentes.
Es importante cuidar que la presión de entrada a la bomba sea inferior a 70 - 80psi.
Tengamos en cuenta que esta presión de alimentación se suma a la presión que generala
bomba, obteniéndose de esta forma presiones elevadas.
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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 sea igual al
que ingresar a la bomba, para ello recordemos:
a.- Un hidrante tiene un caudal límite, el caudal máximo se obtiene con presión de salida
"cero"
b.- La presión de un hidrante disminuye cuando el caudal demandado aumenta.
c.- Cuanto mayor sea la distancia entre el hidrante y la bomba, tanto mayor serán las
pérdidas de carga en la línea de alimentación. Estas pérdidas 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 del bombeo.
Este fenómeno se llama “CAVITACION”.
Es posible evitar parcialmente este inconveniente con la ampliación de las posibilidades de
alimentación, reduciendo la presión de salida o reduciendo el caudal de descarga.
Tabla de descarga de salida de hidrante
ELKHART.
Presión de
salida psi.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
BRASS MFG. CO., INC.
Diámetro de salida en
pulgadas
2.5
4.5
GPM
170
540
240
770
290
940
340
1090
380
1220
410
1340
440
1440
480
1540
500
1640
530
1730
560
1810
580
1890
610
1960
630
2040
650
2110
Presión de
salida psi.
16
17
18
19
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
Diámetro de salida
en pulgadas
2.5
4.5
GPM
670
2180
690
2240
710
2310
730
2370
750
2430
790
2550
820
2660
860
2770
890
2880
920
2980
950
3080
980
3170
1010
3260
1040
3350
1060
3440
GPM =29.83 x C x D2 x √p
C = Coeficiente (usual es 0.9)
D = Diámetro de la salida
P = Presión medida con tubo Pitot
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3.3.3 Alimentación desde una 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 del nivel de
agua. Por lo que no hay un movimiento natural del agua hacia la entrada de 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 fuente 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" o prime.
3.4 CEBADOR PRIME
Un cebador es un accesorio de bomba 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 fuente de
alimentación empujada por la presión atmosférica se escurra hasta el 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. Un cebador no debe de trabajar más de 45 segundos.
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3.5 CAVITACION
La cavitación se produce cuando se trata de desalojar un caudal mayor que el que está
entrando. Esto produce una brusca baja de presión en el agua del interior del rodete por lo
que esta hierve a temperatura ambiente y las burbujas producidas chocan como arena
contra los impulsores, erosionándolos.
Un indicador de cavitación, es cuando al elevar las RPM de la bomba la presión no sube y la
aguja del manómetro empieza a moverse erráticamente.
Para evitar que eso ocurra, la presión de entrada debe ser siempre superior a 0,5 bar (7
psi), si de todos modos ocurriera, se deben bajar la RPM hasta que se estabilice la presión
de salida y el manómetro compuesto vuelva a marcar presión sobre 0, o mejor aún al
menos 0,5 bar de entrada.
La llave de retorno debe abrirse únicamente para rellenar el estanque cuando sobra agua, y
nunca como una forma de control de presiones, cavitación o golpes de ariete. Es
técnicamente incorrecto utilizarla así, para esos casos lo correcto es estar atento a los
manómetros, saber interpretar lo que nos indican y actuar de acuerdo a ello.
La cavitación puede producirse también por la aspiración desde fondos desiguales, con la
producción de remolinos (vórtices) que disocian el aire del agua, o cuando el orificio de
descarga está cerrado o casi cerrado lo que provoca que la mayoría del flujo recircule por la
bomba
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3.5.1 Aspectos teóricos
Teniendo el agua una temperatura de 25 °C, una columna atmosférica de 10.8 mts y un
desnivel de 6 mts entre la fuente de agua y la bomba, la presión teórica máxima de entrada
a la bomba es de 4.08 mts.
Teniendo el agua una temperatura de 25 oC, una columna atmosférica de 10.8 mts y un
desnivel de 3 mts entre la fuente de agua y la bomba, la presión teórica máxima de entrada
a la bomba es de 7.08 mts.
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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.
En régimen dinámico, cuando la bomba entrega caudal, este valor de la presión de entrada
es menor debido a:
a. la puesta en movimiento del agua necesita una cierta energía cinética que provendrá de
una transformación de energía de presión;
b. la perdida de carga en la línea de aspiración aumenta con el caudal y con la longitud de
la línea de aspiración
c. la perdida de carga a la entrada de la bomba para que el agua llegue a contactar a las
palas del impulsor. Esta pérdida de carga aumenta considerablemente con el aumento
del 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.
1. 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.
2. 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 práctica aparece cuando se trabaja con
grandes alturas de aspiración y grandes caudales de salida. O bien si existen obstrucciones
en la 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 a fin de evitar la
cavitación. En algunos casos se puede mejorar el caudal de entrada 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 pretendemos descargar más
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 en las boquillas 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 mangueras de succión y con rugosidades internas
Válvula de retención con filtro de menos sección útil y/o que tenga obstrucciones
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3.6 ALTURA DE SUCCION
¿Podemos tener límites con la altura de succión? Tanto las experiencias prácticas como el
análisis teórico nos muestran los límites de la altura de aspiración.
La altura que separa la superficie libre de la fuente de agua y el eje de la bomba se
denomina "altura de aspiración". Más exactamente, altura geométrica de aspiración H.G.A.
Esta altura tiene valores límites teóricos y la succión 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 herméticas
En estas condiciones la altura máxima de aspiración (succión y/o cebado) es de 10,33 m,
esto coincide con las experiencias de Torricelli que determinó este valor para la presión
atmosférica.
Altura teórica máxima de succión 10,33 metros
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3.6.1 Altura Práctica de Succión
La altura máxima ideal no se consigue en la práctica debido a diversas causas:
1. El cebador no puede crear el vacío ideal de 0 bar
2. El razonamiento teórico considera que el agua esta inmóvil pero en realidad está
fluyendo durante el proceso de cebado lo que implica una pérdida de energía por
frotamiento,
3. La temperatura de la bomba no está generalmente a 4 °C sino a mayor, frecuentemente
a 15 °C. Esto produce una evaporación en la línea de aspiración y crea una presión
contraria al vacío.
4. La presión atmosférica no es siempre 1013 mbar, puede ser menor y varia también con
la altitud
5. La línea de succión, el cuerpo de la bomba y los diferentes accesorios pueden no ser
perfectamente herméticos, lo que disminuye el vacío generado por el cebador.
Las condiciones mencionadas hacen que en la práctica 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.
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Proporción de elevación, vacío y presión de aire
Elevación del agua
Pies
33.9'
32.2'
29.9'
27.6'
25.3'
23.0'
20.7'
18.4'
16.1'
13.8'
11.5'
9.2'
6.9'
4.6'
2.3'
Metros
10.3mt
9.8
9.1
8.4
7.7mt
7.0
6.3
5.6
4.9
4.2
3.5
2.8
2.1
1.4
0.7
Vacío del mercurio
Pulgadas
30.00"
29.04"
26.96"
24.88"
22.8"
20.72"
18.64"
16.56"
14.48"
12.4"
10.32"
8.24"
6.12"
4.08"
2.04"
Milímetros
762mm
738.00
685.00
632.00
579.00
526.00
473.00
420.00
367.00
314.00
262.00
209.00
155.00
104.00
52.00
Presión de aire
PSI.
14.7psi
14
13
12
11 psi.
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
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Capacidad especifica de la bomba
750 gpm
1,250gpm
Tamaño de la manguera en pulgada
4.5”
6”
1.20
Manguera de toma de 6 mt.
(dos secciones)
870
1,435
830
1,375
790
1,310
750
1,250
700
1,175
650
1,100
585
1,020
Manguera de
toma de 9 mt.
(tres secciones)
Descarga a varias alturas de aspiración
495
900
425
790
340
660
205
495
Altura de aspiración en metros
1.80
2.40
3.00
3.70
4.30
4.90
5.50
6.10
6.70
7.30
3.6.2 Influencia de la Temperatura
Sabemos que a la presión atmosférica, el
agua hierve a 100 ºC. ¿Pero qué 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 será más
importante con el aumento de la
temperatura.-
Este fenómeno es importante en hidráulica pues influye en la altura de aspiración: es una
ventaja para el cebado. Recordemos 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 Torricelli 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 mt.
 A 50 ºC la altura es de 9.03mt
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
3.6.3 Influencia de la Altitud
Contrariamente a la tensión de vapor que afecta a la presión interior de la línea de
aspiración, la altitud 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 con referencia al mar.
Esta influencia puede ser más importante que la de la evaporación por diferencia de
temperatura, 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
Donde H altitud en mca (metros de columna de agua)
Z km (kilómetros)
¿Cuál 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;
Dónde: H.G.A. (altura geométrica de succión)
H.G.A. max. a 1500 m = 10, 33 m – (1, 25 x 1, 5) m;
H.G.A. max. A 1500 m = 8,43 m
Si este análisis lo hacemos a una altura de 4000 mts. aprox. sobre el nivel del mar, 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 más
significativa que la influencia de la temperatura en las aplicaciones de los bomberos.
Esta es una constante que afectará según dicha posición geográfica y es muy importante
que los Operadores 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 al rendimiento de la bomba y puede someterla a
condiciones de cavitación, que pueden llegar a dañarla.
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4. Lección 4 Bombas contra incendios
Competencias
1. Explicar el principio de funcionamiento de las bombas de agua
2. Mencionar dos tipos de bombas contraincendios
4.1 PRINCIPIOS Y FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS
Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía
(generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía del fluido
incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de
líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al
incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas
ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para
incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover
el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud, para
nuestro caso el agua.
Estudiaremos principalmente la bomba tipo centrífuga que es la más utilizada por los
servicios contra incendios. Sin embargo, analizaremos la bomba tipo pistón que es y fue
una de las primeras utilizadas por los Bomberos.
4.2 TIPOS DE BOMBAS
4.2.1 La Bomba de Pistón
Este tipo de bomba una de las primeras utilizadas por los bomberos, en la actualidad solo
se usa para casos particulares. Al estudiarlas, aparte de hacer historia, me permite
comprender algunos principios de los flujos.
Recordemos que un líquido 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 reina la
presión atmosférica.
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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
líquido dentro de la bomba.
Posición 1 - EN REPOSO:
El pistón esta inmóvil y las válvulas sobre sus sellos, esto es cerradas, el sistema está en
equilibrio: no fluye agua.
Posición 2 - AL TIRAR DEL PISTON HACIA ARRIBA:
Aumenta el volumen dentro del cuerpo de la bomba y la presión se hace menor que la de
la tubería, lo que provoca la apertura de la válvula de admisión "A" y el agua fluye hacia el
cuerpo de la bomba hasta igualar las presiones.
Posición 3 - AL 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 válido para gases en lugar de agua. 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 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
cerrado el conducto de expulsión.
4.2.2 La bomba centrifuga
La mayoría de las instalaciones contra incendio se equipan con bombas centrifugas. Estas
actúan sobre los líquidos por medio de la fuerza centrífuga para aumentar su velocidad,
son bombas cinéticas.
Donde la energía cinética es una forma de energía debida al movimiento de los cuerpos.
Equivale al trabajo que es necesario realizar para que el cuerpo pase del estado de reposo
(v = 0) al estado de desplazamiento con una velocidad v.
Estas bombas constan básicamente de un impulsor (rueda con alabes o impeler) y de una
carcasa (cuerpo de la bomba), así como también de un difusor (rueda fija con alabes) entre
la carcasa y el impulsor.
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Esquema de una bomba centrífuga.
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Bomba centrífuga. En el centro se ve el rodete y Bomba verticalsumergida. Los rodetesse
instalan bajo elnivel del agua.
Las bombas centrífugas necesitan ser cebadas, aunque normalmente se construyen de
modo que dispongan de un dispositivo autocebante incorporado.
La altura de aspiración es la diferencia de nivel en metros, entre el eje de la bomba y la
superficie del agua en el punto de aspiración. En la práctica para la mayoría de las bombas
de incendio autoaspirantes, la altura de aspiración no debe pasar de 6 m, y la longitud de la
manguera de aspiración no debe sobrepasar una longitud de 10 m.
Para solucionar el problema de la aspiración, algunas bombas centrífugas se diseñan para
funcionar sumergidas bajo el nivel del agua y otras para tener sumergidos solo los rodetes,
manteniéndose el motor en la superficie.
Las bombas centrífugas contra incendio pueden ser de baja presión (hasta unos 210 o 280
psi.), de alta presión (de 210 a 850 psi.) o combinadas, que agrupan una etapa de baja y
otra de alta que pueden trabajar independientemente. La mayor presión se consigue
aumentando el diámetro del rodete o su velocidad.
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Hay bombas que disponen de varios rodetes unidos por el mismo eje de modo que la salida
de uno comunica con la entrada del siguiente, con lo que pueden conseguirse mayores
presiones para un mismo caudal.
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4.3 CURVAS CARACTERISTICAS
Una bomba queda definida por su curva característica, que indica los distintos caudales y
presiones que puede alcanzar.
Esta representación gráfica de las prestaciones de la bomba permite ver el caudal que
puede obtenerse a una determinada presión.
Las bombas pueden ser de velocidad fija o de velocidad variable. Las de velocidad variable
tienen varias curvas características, ya que sus prestaciones varían con la velocidad del
motor.
Curvas características. La superior de una bomba de velocidad fija. Las inferiores de una
bomba de velocidad variable.
En las instalaciones fijas de extinción, se utilizan bombas que siempre giran a la misma
velocidad. En la mayoría de los casos el motor es eléctrico, aunque también se utilizan
motores diésel.
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Las bombas que se montan en los camiones de bomberos están accionadas por el propio
motor del camión, y pueden trabajar a distinta velocidad en función de la aceleración que
se confiera al motor.
Las motobombas portátiles accionadas por motores de gasolina también tienen una
velocidad variable en función de la velocidad del motor.
Una bomba de velocidad variable se representa por varias curvas indicativa de sus
prestaciones de caudal y presión a las diferentes velocidades que puede alcanzar.
Las curvas correspondientes a mayor velocidad están desplazadas hacia arriba en el gráfico.
Incrementándola velocidad de la bomba puede conseguirse más caudal con la misma
presión, o más presión con el mismo caudal.
Condiciones en la que se obtiene el caudal nominal de una bomba
Se ha establecido una convención según la cual el caudal nominal de una bomba de
incendios centrífuga es el que es capaz de ofrecer en el colector de impulsión con una
presión de 10 bar, aspirando a una altura geométrica de 6 metros, con una manguera de
aspiración de 8 metros de longitud, dotado de filtro en su extremo. Se da en metros
cúbicos por hora (m3/h).
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5. Lección 5
Mangueras
Competencias
1. Definir que es una línea de manguera
2. Definir los diferentes tipos y tamaños de mangueras
5.1 LINEAS DE MANGUERAS
El término manguera contraincendios identifica un tipo de tubo flexible que utilizan los
bomberos para transportar agua a presión desde el abastecimiento de agua hasta el lugar
donde debe descargarse. Para que una manguera contraincendios sea segura, debe haber
sido fabricada con los mejores materiales y únicamente debe utilizarse en actuaciones
contraincendios. La manguera es el artículo más utilizado en un cuerpo de bomberos. Debe
ser flexible, impermeable, tener un forro interior liso y una cubierta exterior duradera
(también llamada recubrimiento exterior). En función del uso al que se destine la manguera
contraincendios, éstas pueden fabricarse de diferentes modos, por ejemplo, con
recubrimiento sencillo, con recubrimiento doble, con recubrimiento de goma sencillo y de
goma dura no flexible
5.2 TAMAÑOS DE LAS MANGUERAS CONTRAINCENDIOS
Cada uno de los tamaños de las mangueras contraincendios está diseñado con un
propósito específico. Las indicaciones sobre el diámetro de la manguera hacen referencia a
las dimensiones del diámetro interior de la manguera. Las mangueras contraincendios
suelen cortarse y acoplarse en longitudes de 15 y 30 m (50 y 100 pies) para que se puedan
manipular y sustituir más fácilmente, pero también existen mangueras de otras longitudes.
Estas longitudes también se llaman tramos, y deben conectarse unos a otros para
conseguir una línea de mangueras continua.
La manguera de toma se utiliza para conectar la autobomba o una bomba portátil del
cuerpo a una fuente de abastecimiento de agua cercana.
Esta categoría se divide en dos grupos: manguera de manga blanda y manguera rígida de
absorción.
La manguera de manga blanda se usa para abastecer a la toma de la bomba con agua de
una fuente presurizada, como un hidrante. Las mangueras blandas están disponibles en
tamaños que van de 2,5 a 6 pulgadas. La manguera rígida de absorción (también llamada
absorbentes) se utiliza principalmente para extraer agua de un abastecimiento abierto
También se utiliza para trasvasar agua de una cisterna portátil a otra, normalmente,
durante una actuación con camión cisterna.
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La manguera rígida de absorción está diseñada para soportar parte del aspirado de la
extracción rígida de absorción se fabrica con un material reforzado de goma diseñado para
soportar las condiciones parciales de absorción que provoca la extracción. Está disponible
en tamaños que van de 2,5 a 6 pulgadas.
5.3 CONEXIONES PARA MANGUERAS CONTRAINCENDIOS
Las conexiones para mangueras contraincendios están fabricadas con materiales duraderos
y diseñadas de modo que sea posible conectarlas y desconectarlas con poco esfuerzo y en
poco tiempo. Los materiales utilizados en las conexiones para mangueras contraincendios
suelen ser aleaciones de latón, aluminio y magnesio, en porcentajes diversos. Estas
aleaciones hacen que la conexión sea duradera y fácil de unir a la manguera. Gran parte de
la eficacia de las actuaciones con mangueras contraincendios depende del estado y
mantenimiento de estas conexiones, por lo que los bomberos deben conocer los tipos de
conexiones con las que trabajan.
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5.3.1 Tipos de conexiones para mangueras contraincendios
El cuerpo de bomberos utiliza diversos tipos de conexiones para mangueras. Las que se
utilizan más a menudo son la conexión roscada y la conexión Storz
Las conexiones de un cuarto de vuelta, con orejas de media luna para crudo y de broches
se utilizan con menos frecuencia.
Las fabricadas con materiales como aleaciones de latón y aluminio y aleaciones de aluminio
con un recubrimiento duro no se oxidan. Se pueden fabricar mediante forja, extrusión o
fundición.
Las conexiones forjadas son más fuertes que las extruidas y soportan bien el uso normal. A
un que las conexiones extruidas tienden a ser algo más débiles que las forjadas, se acepta
su uso en las actuaciones contraincendios. Las fundidas son las más débiles y apenas se
utilizan para las mangueras contraincendios modernas.
5.3.1.1 Conexiones roscadas
Las conexiones roscadas pueden tener tres o cinco piezas. Las de cinco piezas son
conexiones de reducción que se usan cuando se necesita una conexión de tamaño menor al
de la manguera a la que va unido. Se utilizan para poder conectar mangueras de diferentes
tamaños sin tener que usar adaptadores de ajuste (dispositivos utilizados para conexiones
con roscado diferentes).
Las conexiones de tres piezas para mangueras contraincendios también se usan como
conexiones para las mangueras de toma de agua. Las conexiones para diferentes tamaños
de manguera de toma están equipadas con orejas que proporcionan asideros prácticos
para unir la manguera de toma al hidrante o a la bomba
La parte de la conexión que sirve de unión a la manguera es la taza (también llamada caña
o mango). Una conexión macho conectado se distingue de Una conexión hembra por las
orejas. Sólo las conexiones macho tienen orejas en la taza. Las conexiones hembra tienen
orejas en la articulación
Las conexiones roscadas se fabrican con orejas para facilitar el ajuste y desajuste de las
conexiones. También facilitan la sujeción de la conexión cuando se hacen y deshacen
conexiones.
Las conexiones se pueden hacer con las manos o mediante llaves (herramientas especiales
para sujetar las orejas) (véase la sección Herramientas para mangueras). Existen tres tipos
de orejas:
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Tetón, de media luna y de orificio. Aunque aún se encuentran conexiones con orejas tetón,
no se solicitan tanto con las nuevas mangueras contraincendios porque tienden a
engancharse cuando se arrastran sobre objetos. La manguera nodriza suele tener
conexiones con orejas de orificio, que no son más que perforaciones superficiales en el
acople. Este diseño de oreja evita la abrasión que aparecería si la manguera tuviera orejas
protuberantes y estuviera enrollada en un carrete para mangueras. Los orificios están
diseñados para aceptar llaves especiales que se pueden usar para unir o desunir la
manguera.
Las conexiones roscadas actuales tienen orejas de media luna redondeadas. La mayoría de
las mangueras que se compran hoy en día van equipadas con orejas de media luna para
que la conexión se deslice por las obstrucciones cuando se mueve la manguera sobre el
suelo o alrededor de objetos. Existen conexiones para mangueras con dos o tres orejas de
media luna.
Otra característica que presentan algunas conexiones roscadas son el corte y el indicador
Higbee. El corte Higbees un tipo especial de diseño de rosca en que el principio de la rosca
está “cortado” para proporcionar una conexión positiva con las primeras roscas de la otra
conexión, lo que tiende a eliminar el trasroscado. Una de las orejas de la articulación
presenta una muesca superficial, el indicador Higbee, para marcar dónde empieza el corte
Higbee. Este indicador ayuda a unir la rosca de la conexión macho con la de la conexión
hembra, que no está a la vista.
5.3.1.2 Conexiones Storz
Las conexiones Storz también se llaman conexiones asexuales. Este término indica que no
tiene componentes macho y hembra diferenciados, ambas conexiones son idénticas y
pueden conectarse la una con la otra.
Estas conexiones están diseñadas para conectarse y desconectarse con sólo un tercio de
vuelta. Los componentes de cierre son orejas rasuradas y anillos empotrados en las
articulaciones de cada conexión. Cuando se unen, las orejas de cada conexión entran en los
orificios del anillo de la otra conexión y se deslizan hasta la posición de cierre con un tercio
de vuelta.
5.4 PROBLEMAS HIDRAULICOS DE UNA MANGUERA
El principal problema que presenta un sistema hidráulico de combate de incendios es la
perdida de presión que ocurre en el interior de la manguera contraincendios, está perdida
es significativa y perjudicial para las bombas contraincendios ya que las hace trabajar a
demasiada presión.
Una tendida inadecuada ocasionara generar altas presiones en el inicio de esta, las altas
presiones podrían hacer reventar las mangueras y causar accidentes a los operadores de
las autobombas.
Es por ello que se debe de usar para tendidas de gran longitud mangueras de mayor
diámetro las cuales presentan menor perdida de presión por fricción.
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6. Lección 6
Pitones contraincendios
Competencias
1. Definir que son los pitones contraincendios
2. Definir los tipos de chorros
3. Definir los patrones de chorro
6.1 PITONES CONTRAINCENDIOS
Los pitones contraincendios son equipos que se colocan en el extremo de una mangueras,
monitores o equipos especiales, estos equipos restringen la salida y aumentar la velocidad
del fluido esto sirve para poder direccionarlo y lanzarlo con precisión y distancia controlada,
en algunos modelos también podemos cambiar el patrón de salida, cerrar, disminuir o
aumentar el flujo, la tecnología está ayudando a que cada vez sean más versátiles y
eficientes.
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6.2 CLASIFICACION DE LOS PITONES
Hay una gran variedad de formas de clasificar los pitones que se utilizan en la lucha contra
el fuego. Una muy simple es tomando en consideración los modos en que el pitón nos
permite aplicar el agua:
6.2.1 Chorro Liso/Smooth Bore: Este tipo de pitón provee un único patrón consistente en
una vena líquida que mantiene coherencia a lo largo de su alcance efectivo
(convirtiéndose en gotas extremadamente grandes pasado este punto).
6.2.2 Combinados: Este tipo de pitón es capaz de generar una variedad de patrones de
chorro, desde uno liso a un cono de niebla. Tanto el chorro liso como el cono de
niebla están compuestos por gotas pequeñas de diámetros variables. El diámetro de
la gota y su consistencia dependen del diseño del pitón y la presión de operación (a
altas presiones se obtienen gotas más pequeñas).
6.2.3 Pitones para usos especiales: Además de los de chorro liso y de los combinados,
existen una variedad de pitones especiales como pueden ser los de penetración, los
utilizados en techos (de varios tipos) y los de ultra alta presión de chorro liso que
pueden ser utilizados para cortar materiales varios como así también para producir
neblinas compuestas por gotas extremadamente pequeñas.
6.3 CARACTERISTICAS DE LOS PITONES
Más allá de la simple clasificación utilizada en el trabajo de bomberos de chorro liso,
combinación o propósitos especiales, los pitones pueden ser clasificados en función de otras
características, como por ejemplo por su caudal, rango de caudal, y presión de operación.
6.3.1 Caudal fijo: Algunos pitones están diseñados para proveer un único y específico
caudal para una presión de trabajo determinada. Esto incluye a aquellos pitones de
chorro liso de punta única y a los pitones de combinación de caudal fijo. Si bien
estos pitones están diseñados para proveer un caudal único, esto no es precisamente
cierto. El orificio de salida del pitón es de un calibre fijo, lo que asegura un caudal
determinado para una presión determinada, pero el caudal expulsado depende del
área de la expulsión y de la velocidad de la vena líquida. Aumentar o disminuir la
presión afecta el caudal. Por ejemplo aumentar la presión de trabajo de un pitón de
50 psi a 80 psi provoca un aumento del caudal del 22 %.
6.3.2 Caudal Variable: Los pitones también pueden ser diseñados para permitir un
cambio en el orificio de salida, permitiendo modificar el caudal sin variación de la
presión de trabajo. Con los pitones de chorro liso esto se logra cambiando la punta
de los mismos. Con algunos pitones de combinación el caudal y el chorro varían
conjuntamente (Ej.: un patrón de neblina implica un caudal menor que un patrón de
chorro liso). Sin embargo, la mayoría de los pitones combinados utilizados por los
bomberos hoy en día permiten un cambio en el patrón de chorro sin alterar el
caudal. Los pitones combinados de caudal variable pueden ser ajustados
manualmente para ofrecer una variedad de caudales diversos.
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6.3.3 Pitones automáticos: Otro tipo de pitón que permite variaciones en el caudal es el
pitón automático. Este pitón ajusta el caudal de manera automática para garantizar
una presión relativamente constante. Con este tipo de pitones se especifica el menor
y el mayor caudal de trabajo para la presión que fue diseñado el pitón. Algunos
pitones de este tipo permiten ajustar la presión de trabajo entre dos distintas, como
por ejemplo 100 psi ó 50 psi.
6.3.4 Presión de trabajo: Hubo un tiempo en que la cuestión sobre la presión de trabajo
de los pitones era simple: los de combinación eran diseñados generalmente para
trabajar a 100 psi. Sin embargo, hoy en día no todo es tan simple. Por varias
razones, como puede ser presión de trabajo limitada en las columnas de agua de los
edificios de gran altura, como un deseo de disminuir la fuerza de reacción del pitón,
los fabricantes están diseñando pitones que pueden operar en un amplio rango de
presiones (comúnmente 50 psi, 75 psi y 100 psi)
Como regla general debemos de considerar lo siguiente:
Tipo de Pitón
Uso
Presión máxima
pitón de Chorro Liso
Línea de mano
50 psi.
pitón de Chorro Liso
Chorro maestro
80 psi.
Pitón de combinación
Chorro a seleccionar
100psi.
6.4 PERFORMANCE DE LOS PITONES
En 1989 Floyd Nelson sintetizó la esencia de la performance de un pitón con la siguiente
frase: “En realidad, luchar contra el fuego es bastante simple. Todo lo que uno necesita
hacer es poner la debida cantidad de agua en el lugar indicado y el incendio estará
controlado”
Los pitones utilizados para enfriar la capa de gases deben producir gotas pequeñas y ser
capaces de permitir una variación en el ángulo del cono de niebla para lograr el alcance a
una variedad de lugares dependiendo del tamaño del compartimiento. Las gotas con un
tamaño de 0.3 mm son lo suficientemente pequeñas para vaporizarse rápidamente en la
capa de gases calientes, pero también tiene la suficiente masa para viajar una distancia
considerable. Gotas de diámetro mayor a 1 mm son más propensas a viajar a través de la
capa de gases calientes y las llamas sin vaporizarse por completo. En la práctica, si bien
conocemos bastante sobre tamaños de gotas y el comportamiento de las mismas, sabemos
muy poco sobre el tamaño de la gotas que producen los pitones que estamos utilizando.
Lo que sí sabemos es que los pitones de baja presión producen gotas mayores a las
producidas por los pitones de mayor presión del mismo tipo. Características específicas de
diseño, como el ángulo del cono de niebla que el agua adopta al abandonar el orificio de
salida, también afectan el tamaño de la gota. Esto puede ser visto utilizando un pitón como
el Akron Turbojet: Siendo utilizado a 30 gpm ó 60 gpm y utilizando una presión de 100 psi,
se obtiene una gota extremadamente pequeña que produce un excelente enfriamiento de la
capa de gases. Pero configurada para arrojar 90 gpm o 125 gpm el tamaño de la gota
aumenta drásticamente. Si bien ambos tamaños de gota logran el objetivo de enfriar la capa
de gases, las gotas más grandes lo hacen de forma menos eficiente.
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Un factor que complica un tanto las cosas al momento de considerar el tamaño de la gota y
la performance de un pitón es que éste es sólo una parte de la ecuación. El operador del
pitón influencia significativamente la performance.
Por ejemplo, en pulsos cortos, si el pitón es abierto rápidamente, la mayor parte de las gotas
se formaran estando el pitón totalmente abierto, pero si es abierto más lentamente la mayor
parte de las gotas se producen mientras sucede la maniobra de apertura (lo que provoca que
algunas gotas se formen en el comienzo de la apertura, momento en que la presión es
menor). Lo mismo sucede si el cierre del pitón es lento. Este fenómeno es menos
significativo si el pulso es prolongado ya que el tiempo insumido en abrir y cerrar el pitón
representa un porcentaje menor de tiempo en comparación con la duración total del pulso.
En ataque directo e indirecto, el agua debe atravesar la capa de gases calientes y alcanzar las
superficies que arden (ataque directo) y/o superficies calientes (ataque indirecto) antes de
evaporarse de forma significativa. Si las distancias no son considerables o la temperatura de
la capa de gases calientes no es excesiva, un chorro liso o cono de niebla estrecho
compuesto por gotas de pequeño calibre puede ser efectivo en lograr el objetivo. Este suele
ser el caso cuando el enfriamiento de la capa de gases precede al ataque directo. No obstante
ello, si la distancia entre el pitonero y el objetivo es grande y/o la temperatura de la capa de
gases calientes es elevada, gotas de mayor calibre (o un chorro liso) pueden ser mucho más
efectivas.
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Calcular cuánta agua se necesita para inundar con vapor toda la habitación
suponiendo que la temperatura en el interior es de 100 °C
Calculo del Volumen de la habitación:
3 Mt.
____ X ____ X ____ = _______ Mt.3
Mt.3____X 1,000 = ________Lts. vapor
Calculo de la expansión del agua:
3 Mt.
________ / 1700 = _____ Lts. de agua
Convertir de Litros en Galones:
4 Mt.
______ Lt. / 3.7 = _______ gln.
Calcular cuánto tiempo se debe de abrir el pitón de 1 ½” a 125 gpm
(________ gln. X 60 seg.)/ 125 gpm = _______seg.
Calcular cuan tiempo se debe de abrir el pitón de 1 ½” a 30 gpm
(________ gln. X 60 seg.)/ 30 gpm = _______seg.
Calcular el volumen de la habitación:
____ X ____ X ____ = _______ Mt.3
10Mt.
Mt.3____X 1,000 = ________Lts. vapor
Calculo de la expansión del agua:
3Mt.
________ / 1700 = _____ Lts. de agua
Convertir de Litros en Galones:
6 Mt.
______ Lt. / 3.7 = _______ gln.
Calcular cuan tiempo se debe de abrir el pitón de 1 ½” a 125 gpm
(________ gln. X 60 seg.)/ 125 gpm = _______seg.
Calcular cuan tiempo se debe de abrir el pitón de 1 ½” a 30 gpm
(________ gln. X 60 seg.)/ 30 gpm = _______seg.
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6.5 VALVULA DE CONTROL DE LA BOQUILLA
Las válvulas de control (de cierre) de la boquilla permiten que el operario inicie, detenga o
reduzca el flujo de agua, manteniendo un control eficaz sobre la línea de mano o sobre el
dispositivo de chorro maestro. Estas válvulas permiten abrir lentamente las boquillas para
que el operario pueda ajustarlas a medida que aumenta la reacción de la boquilla.
Asimismo, permiten cerrarlas lentamente para que no se produzca un golpe de ariete.
Existen tres tipos principales de válvulas de control: esférica, corredera y de control
rotativo.
6.5.1 Válvula Esférica
El diseño y la construcción de la válvula esférica para las boquillas de las líneas de mano
proporcionan un control eficaz durante la lucha contraincendios con un mínimo de
esfuerzo. La bola, perforada por un conducto liso para el agua, está suspendida por los dos
lados del cuerpo de la boquilla y se sella contra el asiento. Puede girar hasta 90 grados
accionando el mecanismo de la válvula hacia atrás para abrirla y hacia delante para
cerrarla.
Cuando la válvula está cerrada, el conducto del agua es perpendicular al cuerpo de la
boquilla y bloquea eficazmente el flujo de agua a través de ésta.
Cuando la válvula está abierta, el conducto del
agua está alineado con el eje de la boquilla y
deja que el agua fluya a través de ella. Aunque
puede utilizarse en cualquier posición
intermedia entre totalmente abierta y
totalmente cerrada, si se utiliza la boquilla con la
válvula totalmente abierta, se ofrece un flujo y
una actuación máximos. Cuando se utiliza la
válvula de bola con una boquilla de chorro
directo, las turbulencias producidas en caso de
que la válvula esté parcialmente abierta pueden
afectar al chorro o patrón que se pretende
conseguir.
6.5.2 Válvula de Corredera
El control de la válvula corredera cilíndrica coloca
un cilindro móvil apoyado contra un cono perfilado
para cerrar el flujo de agua. El flujo aumenta o
disminuye cuando se acciona el mecanismo para
cambiar la posición del cilindro corredero en
relación con el cono. Esta válvula corredera de
acero inoxidable controla el flujo de agua a través
de la boquilla sin crear turbulencias. Por tanto, el
control de la presión compensa el aumento o
disminución del flujo moviendo la zapata para
desarrollar el tamaño y la presión adecuados en el
extremo.
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6.5.3 Válvula de control rotativo
Sólo las boquillas nebulizadoras de control rotativo poseen este tipo de válvula. Consiste en
un cilindro externo guiado por un tornillo que se mueve hacia delante y hacia atrás,
girando alrededor de un cilindro interno. La principal diferencia entre las válvulas de
control rotativo y las otras válvulas de controles que éstas, además, controlan el patrón de
descarga del chorro.
6.6 ALCANCE HORIZONTAL DEL CHORRO A LA SALIDA DE LA LANZA
Se denomina alcance vertical y horizontal a la distancia y altura respecto al suelo respectivamente,
a la que puede llegar el chorro de agua una vez que abandona la lanza. El alcance depende de
varios factores como puede ser, el ángulo que forma la lanza con la horizontal, el rozamiento del
fluido con el aire o del viento, por lo que es difícil encontrar un modelo teórico que se
aproxime a un valor real. Además de dispersión del chorro hace que durante la trayectoria este
deje de comportarse como un cilindro con un diámetro constante, sino que se abre antes de alcanzar la
altura máxima, pudiendo algunas gotas de agua llegar más lejos que el grueso del chorro. Los fabricantes de
las lanzas dan los datos de los alcances, en función del caudal, por medio de ensayos normalizados en
forma de tablas o gráficas.
A pesar de esto vamos a realizar una aproximación teórica a este problema. Cuando el agua
sale de una lanza lo hace con un caudal (Qv) a una velocidad (v) determinada, por lo tanto en un
tiempo t está saliendo una masa igual a m =p·Qv·t.
Por ejemplo si está saliendo un caudal de 250 lpm, en un segundo estará saliendo una masa de agua de:
m =p·Qv·t = 1000 Kg./m3· 4,167x10-3· 1 s = 4,167 Kg.
Es como si cada segundo la lanza estuviera expulsando cilindros de agua de esa masa a la velocidad v:
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¿Qué trayectoria seguirán estos hipotéticos cilindros de agua una vez que salen de la lanza? Para este
análisis debemos suponer que no existe rozamiento con el aire y no se tiene en cuanta la influencia
del viento. Supongamos que tenemos la lanza que está proyectando un cilindro de agua hacia arriba con
cierto ángulo respecto a la horizontal
Si no existiera la fuerza de la gravedad el cilindro seguiría una trayectoria recta LABC, así durante el
primer segundo, como lleva una velocidad constante v, habrá recorrido la distancia LA,
durante el segundo siguiente AB, BC en el tercer segundo y así sucesivamente. La fuerza de
gravedad hace que la masa de agua adquieran una velocidad uniformemente acelerada, por lo tanto a la
vez que el cilindro de agua ha recorrido la distancia horizontal d este ha descendido la distancia vertical AA’
en el primer segundo, BB’ en el segundo CC’ en el tercero, etc. El resultado es que el cilindro sigue una
trayectoria curva LA’B’C’, denomina parabólica. El alcance horizontal será la distancia recorrida
por el agua antes de que llegue al suelo y el alcance vertical será la máxima altura alcanzada.
Hasta ahora no hemos tenido en cuenta la resistencia del aire y la dispersión del chorro
cuando esto ocurre el alcance ya no es el teórico sino que es mucho menor. La norma EN15182:2007
lanzas de manguera manuales destinadas a los servicios contra incendios define el alcance
efectivo y un máximo en función del tipo de lanza, la presión y el caudal. Valores que el fabricante debe
garantizar mediante ensayos.
La resistencia del aire hace que el chorro sea frenado durante su trayectoria, esto se traduce
en que si tenemos dos lanzas de diámetro distinto, pero que el agua está saliendo con la misma velocidad,
el chorro de la lanza de mayor diámetro llegará más lejos. La explicación de este fenómeno es que la
lanza de mayor diámetro estará generando un chorro de mayor caudal, por lo tanto de mayor
energía cinética. Pero como la resistencia del aire es prácticamente igual, el chorro con mayor
caudal llegará más lejos. Es como si tenemos una bicicleta y un coche circulando a 40 Km./h y
tenemos que frenarlos con la misma fuerza, el vehículo con mayor masa nos obligará a disponer de una
mayor distancia de frenado
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7. Lección 7 Bombeo en serie
Competencias
1. Definir las actuaciones de bombeo en serie
2. Definir las consideraciones de un bombeo en serie
3. Definir como se aumenta el flujo en un bombeo en serie
7.1 ACTUACIONES DE BOMBEO EN SERIE
En muchos casos, la fuente de agua está muy lejos del lugar del incendio. Para hacer llegar
el agua hasta el incendio, debe utilizarse actuaciones de bombeo en serie. Este tipo de
actuaciones consiste en colocar una autobomba de abastecimiento para bombear el agua a
presión por una o varias líneas de mangueras hasta la siguiente autobomba de la línea, a su
vez, esta autobomba aumentara la presión para que el agua llegue hasta la siguiente
autobomba, y así sucesivamente hasta que el agua llegue al vehículo situado en el lugar del
incendio.
7.1.1 Consideraciones sobre el bombeo en serie
Antes de comenzar a explicar los diferentes tipos de actuaciones de bombeo en serie que
pueden emplearse, es necesario realizar algunas consideraciones importantes sobre el
funcionamiento que se aplica en todas las actuaciones de bombeo en serie. Una actuación
de bombeo en serie se basa en dos aspectos:
 La cantidad de agua necesaria en el lugar de la emergencia
 La distancia desde el lugar de la emergencia hasta la fuente de agua
En algunos casos, el bombeo en serie debe proporcionar la cantidad total de agua que se
necesita para completar la actuación contraincendios. En otros casos, el bombero en serie
se utiliza para completar un sistema municipal de abastecimiento de agua que no se
encuentra en condiciones apropiadas. En cualquier caso, la cantidad de agua que se
necesita bombear repercute de modo decisivo en el diseño de la serie.
Asimismo, la distancia que deberá recorrer el agua es muy importante. Cuando mayor sea
esta, más manguera se necesitara, lo que equivale a una pérdida superior de presión por
fricción. La pérdida de presión por fricción depende directamente de la cantidad de agua
que fluye por la manguera, del tamaño de la manguera utilizada y de la distancia entre de
las autobombas. En resumen si se desea aumentar la cantidad de flujo a través del bombeo
en serie, será necesario realizar una de las tres acciones que se describen a continuación:
 Aumentar el tamaño de la manguera o el número de líneas de mangueras utilizadas
en el bombeo en serie.
 Aumentar la presión de descarga de la bomba de las autobombas que funcionan en
el bombeo en serie.
 Aumentar el número de autobombas en el bombeo en serie
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La pérdida de presión por altura también es un factor que debe tenerse en cuenta en las
actuaciones de bombeo en serie. Si l actuación de bombeo en serie se realiza cuesta arriba,
la perdida de presión del sistema es superior a la causada solo por la fricción. Si la
actuación se produce cuesta abajo, ocurre lo opuesto.
Longitud máximas en metros para el bombeo en serie
Flujo en
gpm
250
Diámetro de la manguera en pulgadas
Una de 21/2”
Una de 21/2” Una de 3” Dos de 21/2”
y otra de 3”
440
1,100
1,770
2,980
Dos de 3”
4,670
500
110
275
443
740
1,160
750
49
122
200
330
520
1,000
28
69
110
180
290
1,250
18
44
70
120
190
7.1.2 Método de bombeo en serie a máxima distancia
Consiste en hacer que un volumen predeterminado de agua recorra la distancia máxima a
la que puede bombearse a través de un tendido de manguera concreto. Mediante la tabla
anterior se puede determinar la distancia máxima a la que puede bombear un flujo
determinado a través del tipo de manguera transportada en el vehículo. En las cifra de
estas tabla puede apreciarse que la siguiente autobomba de la serie dispone de una
presión residual de 20 psi. Asimismo, las cifras de esta tabla se basan en una presión de
descarga de 200psi para mangueras de 2.5 y 3 pulgadas.
Al considera las distancias establecidas en la tabla el operador aún debe de contemplar
otro aspecto. Todas las autobombas del cuerpo de bomberos tienen capacidad para
descargar el volumen máximo a 150psi, el 70% a 200psi y el 50% a 250psi. Puesto que la
tabla está basada en presiones de descarga de 185 y 200psi, las capacidades mínimas de
bombeo que deben utilizarse para conseguir los flujos/distancias indicados en la tabla:
 Flujo de 250 y 500gpm usar una autobomba de 750gpm.
 Flujo de 750gpm usar una autobomba de 1,250gpm.
Mediante las cifras de la tabla y la siguiente formula, puede determinarse, dada una
cantidad de agua, el número de autobombas necesarias para bombear en serie:
ECUACION U
Distancia de bombeo en serie +1= Número total de autobombas
Distancia de tabla
Observe que al utilizar esta fórmula, deberá redondear siempre hacia el siguiente número
entero. Por ejemplo, si el resultado es 3.2; deberá utilizar cuatro autobombas para logra el
flujo deseado.
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7.1.3 Método de bombeo en serie a presión constante
Este método de bombeo en serie establece el flujo máximo disponible de un bombeo en
serie concreto utilizando una presión constante en el sistema. Esta tipo de bombeo en serie
depende de que se proporcione un flujo constante al lugar del incendio. La autobomba de
ataque puede mantener este flujo utilizando una descarga abierta o una línea residual para
controlar el flujo que sobrepasa el utilizado por las líneas de ataque.
508 gpm
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Otro ejemplo:
Este tipo de armadas permite enviar continuamente caudales medianos desde 500 GPM o
mayores, dependiendo de la capacidad de la bomba, a grandes distancias. Si se necesita
enviar un caudal de 500 gpm a 300 mt. usando una sola línea de 2 1/2”, se necesita un
carro cada 60 mt. aproximadamente bombeando a 150 psi (pf 35 psi/15 mt.)
En cambio sí se envía ese mismo caudal por línea en paralelo doble, la distancia entre carro
y carro puede ser 4 veces la anterior (pf 10 psi/15 mt.), lo que permite aprovechar mejor
los recursos.
Todas las mangueras cercanas a la salida de las bombas están sometidas a una alta presión
constante.
En este caso, también los carros trabajan a 150 psi, pero debido a la perdida por fricción, la
mayoría de las mangueras estarán con baja presión, por lo que habrá un trabajo más
seguro, se consumirá menos petróleo, habrá carros disponibles para trabajar desde otras
posiciones, etc.
Otro caso que se puede utilizar para enviar caudales a grandes distancias, utilizando pocos
carros para ello es con una armada en paralelo triple.
Si bien estas armadas requieren muchas mangueras, resulta bastante más barato que
comprar carros.
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Distribución típica de ataque de incendios
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Distribución ordenada de manejo de incendios
8. Referencias
Este manual ha sido elaborado usando como referencias diferentes manuales y normas
que a continuación se detallan.
 NFPA 1002 Norma sobre calificaciones profesionales del conductor/operario del
vehículo contra incendios.
 Manual IFSTA Fundamentos de la lucha contra incendios
 Manual TEEX Operaciones de cuerpos de bombas
 Manual del Bombero profesional de Fernando Bermejo Martín
 Manual Agentes extintores : El Agua del Ing. Néstor Adolfo Botta
 Hojas técnicas de ELKHART BRASS MFG. CO., INC.
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