Tema del curso disponible en pdf. Sumario: 1. Presión por altura. Pérdida total de presión. 2. Cálculo de pérdida de presión por fricción. Métodos de cálculo. Fórmula matemática para el cálculo de pérdida de presión. Coeficientes de pérdida de presión por fricción. 3. Pasos a seguir para el cálculo con ecuación matemática. Cálculos de coeficientes propios. Equipo necesario para pruebas. Procedimiento para el cálculo. Pasos a seguir.
Hydraulic online course for firefighters. Summary: 1. Pressure by height. Full pressure loss. 2. Calculation of pressure loss due to friction. Calculation methods. Mathematical formula for calculating pressure loss. Pressure loss coefficients due to friction.
CÁLCULO DE PÉRDIDAS DE PRESIÓN POR FRICCIÓN
Curso online de hidráulica básica para bomberos
1. PÉRDIDA TOTAL DE PRESIÓN Y PÉRDIDA DE PRESIÓN POR ALTURA
Para producir chorros contraincendios eficaces, es preciso conocer:
- La cantidad de pérdida de presión por fricción en la manguera y
- Cualquier cambio de presión provocado por la altura.
La pérdida de presión por fricción puede ser consecuencia de múltiples factores:
- El estado de la manguera
- El estado de los acoples
- Pliegues, etc.
No obstante, el factor principal es: el volumen de agua que fluye por minuto.
Para calcular la pérdida de presión por fricción, también hay que tener en cuenta:
- La longitud
- El diámetro de la línea de mangueras y
- Cualquier accesorio montado en dicha línea.
Dado que la cantidad de mangueras utilizadas entre el autobomba y la boquilla no es siempre la misma, hay que determinar la pérdida de presión por fricción para una línea de mangueras de una longitud determinada.
Presión por altura
Las diferencias en elevación, como las colinas, los barrancos, los dispositivos elevadizos o los edificios de varias plantas, crean una pérdida o un aumento de presión conocida como presión por altura.
- La presión por altura: la boquilla y la bomba se encuentren a alturas diferentes.
Pérdida total de presión
A la combinación de las pérdidas de presión por fricción y por altura se le denomina pérdida total de presión.
PÉRDIDA TOTAL DE PRESIÓN: P.P. por fricción + P.P. por altura
No debe confundirse con la presión de descarga total de la bomba, en la que también se incluye la presión de la boquilla.
Tanto la pérdida de presión por fricción como la pérdida de presión por altura se expresan en: kilopascales (kPa)
2. CÁLCULO DE PÉRDIDA DE PRESIÓN POR FRICCIÓN
Existen dos métodos para determinar la pérdida de presión por fricción:
- Pruebas reales
- Cálculos.
Pruebas reales situadas in situ: El más preciso de estos métodos. En las pruebas in situ se utilizan manómetros en línea para medir la pérdida de presión por fricción a diversos flujos de un tendido de mangueras real.
El método de cálculo implica el uso de ecuaciones matemáticas de pérdida de presión por fricción y métodos de aplicación in situ.
En este tema nos centraremos en el uso de ecuaciones matemáticas para determinar la pérdida de presión por fricción. Las aplicaciones in situ las desarrollaremos en próximo tema.
El único método realmente preciso para determinar la pérdida de presión en cualquier tendido de mangueras es:
- Medir la presión en ambos extremos de la manguera y restar la diferencia (este método no resulta práctico en las situaciones reales).
Las cifras que resultan del método de cálculo suelen acercarse bastante a la situación real, por lo que son suficientemente fiables para garantizar cierto nivel de seguridad en las actuaciones en el lugar del incendio.
Antigua fórmula para el cálculo matemático
El cuerpo de bomberos utilizaba anteriormente la fórmula:
2Q₂ + Q
- Esta fórmula se basaba en la pérdida de presión media de una manguera de 2,5 pulgadas fabricada en los años 30.
- Para obtener la pérdida de presión por fricción en mangueras de otros tamaños, era preciso utilizar factores de conversión.
- Además de este inconveniente, la fórmula no tenía en cuenta la longitud de la línea de mangueras, que se calculaba aparte.
Las mejoras en la tecnología de la fabricación de mangueras en los últimos 30 años aproximadamente provocaron que está vieja fórmula para calcular la pérdida de presión por fricción se quedase obsoleta.
Para las mangueras que se utilizan en la actualidad, esa fórmula ofrecía como resultado una pérdida de presión por fricción demasiado elevada e irreal.
Por tanto, existía la necesidad de desarrollar otra fórmula, que tuviera en cuenta el tamaño de la manguera contraincendios, la cantidad de agua del flujo y la longitud del tendido de mangueras.
Fórmula actual para el cálculo de pérdida de presión por fricción
ECUACIÓN A: FL = CQ₂L
FL = pérdida de presión por fricción expresada en kPa
C = coeficiente de pérdida de presión por fricción
Q = proporción de flujo expresada en centenares de litros (flujo/100)
L = longitud de la manguera expresada en centenares de metros (longitud/100)
La siguiente tabla contiene los coeficientes de pérdida de presión por fricción más habituales para las mangueras de los diferentes tamaños que se utilizan hoy en día.
Tabla 1. Coeficiente de pérdida de presión por fricción.
Líneas de manguera única
Dichos coeficientes son sencillamente aproximaciones de la pérdida de presión por fricción en mangueras de diversos tamaños.
Los coeficientes reales de cualquier parte de la manguera varían según el estado de la manguera y según el fabricante.
Al utilizar los coeficientes indicados en este manual, los resultados reflejan una situación peor. En otras palabras, los resultados probablemente muestren unos valores ligeramente superiores a la pérdida real de presión por fricción.
Los cuerpos que requieran cálculos más exactos, deberán pedir los coeficientes específicos al fabricante de la manguera o realizar los cálculos reales.
3. PASOS PARA EL CÁLCULO CON ECUACIÓN A
Los pasos para determinar la pérdida de presión por fricción con la ecuación A son los siguientes:
- Paso 1. Obtenga el coeficiente de pérdida de presión por fricción para la manguera que está utilizando a partir de la tabla 1.
- Paso 2. Determine la cantidad en centenares de litros de agua por minuto que fluyen (Q) a través de la manguera aplicando la ecuación Q = litros/100.
- Paso 3. Determine la cantidad de centenares de metros de la manguera (L) aplicando la ecuación L = metros/100.
- Paso 4. Realice la ecuación A con las cifras obtenidas en los pasos 1, 2 y 3 para obtener la pérdida total de presión por fricción.
4. CÁLCULOS DE COEFICIENTES PROPIOS DE PÉRDIDA DE PRESIÓN POR FRICCIÓN
Si desea obtener resultados más precisos para las mangueras que transporta en su vehículo en vez de utilizar los resultados de los coeficientes de pérdida de presión por fricción estándares, es recomendable que realice algunas pruebas a su manguera para establecer los coeficientes reales.
En caso de que el cuerpo de bomberos disponga del equipo necesario, el procedimiento para determinar la pérdida de presión por fricción en una manguera es bastante sencillo. No obstante, antes de empezar con el procedimiento, es preciso tener en cuenta algunos principios básicos.
Para obtener resultados indicativos de los valores medios que se registrarán en el lugar del incendio, es necesario utilizar la misma manguera que utilizaría en caso de incendio. Además, es preciso realizar las pruebas con las mangueras que estén en servicio. No utilice mangueras almacenadas almacenadas o mangueras que no se hayan utilizado nunca (a menos que se vaya a poner en servicio una manguera nueva).
Ejemplo de tendido que puede utilizarse para calcular el coeficiente de pérdida de presión por fricción en cualquier manguera contraincendios
Cuando realice esas pruebas a mangueras, pruebe sólo un tipo de manguera cada vez:
- Por ejemplo, si el cuerpo está realizando pruebas a mangueras de 77 mm de diámetro, fabricadas en algodón y poliéster y con recubrimiento doble, no mezcle con esas mangueras ninguna de diferente tamaño o de diferente fabricación.
- Si el cuerpo suele mezclar mangueras de múltiples tipos, puede que sea muy difícil obtener un coeficiente de pérdida de presión por fricción adecuado para todas las situaciones.
- Las diferencias en la fabricación, en los tejidos, en los revestimientos de goma, en los acoples y en el desgaste provocan diferentes cantidades de pérdida de presión por fricción.
La precisión de los resultados de las pruebas dependerá del equipo utilizado para calcularlos.
Por tanto, es fundamental que todos los dispositivos de medición (tubos de Pitot, manómetros en línea, caudalímetros, etc.) estén bien calibrados para obtener resultados óptimos.
Equipo necesario para pruebas
El equipo necesario para realizar esas pruebas es el siguiente:
- Un tubo de Pitot o caudalímetro
- Dos manómetros en línea, preferiblemente calibrados en incrementos de 50 kPa o menores
- Una manguera para realizar las pruebas
- Una boquilla con el interior liso si se usa un tubo de Pitot
- Cualquier tipo de boquilla si se utiliza un caudalímetro.
Procedimiento para el cálculo
A continuación, se detalla el procedimiento paso a paso para determinar la pérdida de presión por fricción en cualquier manguera:
CUADRO Nº1 PARA CALCULAR EL COEFICIENTE
(Pincha en imagen para ampliar)
Paso 1.
- Tienda la manguera en una superficie plana.
- Tienda 90 metros si la longitud de las mangueras es de 15 metros o 120 metros si es de 100 metros.
Paso 2.
- Conecte el extremo de la línea de mangueras a una descarga del autobomba que se utiliza para efectuar las pruebas.
- Conecte una boquilla en el otro extremo de la línea de mangueras.
- Si utiliza un tubo de Pitot para calcular la presión de la boquilla y el correspondiente flujo de agua, utilice una boquilla con el interior liso.
- Si utiliza un caudalímetro para determinar el flujo, cualquier tipo de boquilla es válido.
Paso 3.
- Inserte el manómetro 1 en la línea de mangueras en la conexión situada entre la primera y la segunda manguera lejos de la descarga.
- Esta conexión debe estar a 15 metros del autobomba si la longitud de la manguera es de 15 metros.
- Si se utilizan mangueras de 30 metros, entonces hay que colocar el manómetro 1 a 30 metros del autobomba.
Paso 4.
- Inserte el manómetro 2 a una distancia de 60 metros del manómetro 1, independientemente de la longitud de las mangueras.
- Dependiendo de la longitud de las mangueras, el manómetro 2 debe estar situado a una distancia de 15 ó 30 metros de la boquilla.
- Si se emplea un caudalímetro portátil, NO lo inserte entre los manómetros, sino en cualquier otro lugar de la línea de mangueras.
Paso 5.
- Cuando haya colocado todos los accesorios en la línea de mangueras, puede empezar las pruebas.
- Proporcione agua a la línea de mangueras a una presión de descarga de la bomba constante durante el transcurso de cada prueba.
- Dado que se deben realizar tres o cuatro pruebas para cada grupo de mangueras del mismo tamaño, es preciso utilizar diferentes presiones de descarga de la bomba, siempre y cuando se mantenga la misma presión de descarga a lo largo de cada prueba.
- Aplique una presión de descarga de la bomba suficiente para que la boquilla produzca un chorro contraincendios en condiciones.
Paso 6.
- Cuando el agua haya empezado a fluir:
- Registre la presión de descarga de la bomba, las lecturas de los manómetros 1 y 2 y las lecturas del caudalímetro o del tubo de Pitot (dependiendo de cuál de los dos esté utilizando) en los espacios correspondientes del Cuadro Nº1.
Paso 7.
- Rellene el cuadro Nº1 como se indica en la tabla.
- Con ello, obtendrá el coeficiente de pérdida de presión por fricción para su manguera.
En el siguiente Cuadro nº2 de ejemplo se recogen los resultados de las pruebas de un cuerpo de bomberos que optó por determinar su propio coeficiente para la manguera de 65 mm de diámetro que utilizaban.
CUADRO Nº2 EJEMPLO
(Pincha en imagen para ampliar)
Las pruebas se realizaron a tres presiones de descarga de la bomba diferentes:
- Tras rellenar el cuadro nº2, el cuerpo determinó que el coeficiente real para sus mangueras de 65 mm era de 2,34.
- Esta cifra es un 26 por ciento superior al coeficiente estándar para la manguera de 65 mm utilizado en este manual (C=3,17).
