Tema del curso online de hidráulica disponible en pdf. Sumario: 1. Instalaciones hidráulicas de extinción. Instalación hidráulica básica. Cálculo de ecuación de línea. Presión de punta de lanza. 2. Principios de funcionamiento de una lanza. Cálculo de caudal. Rango de caudales por diámetro. Calibrado de lanza. 3. Tipos de lanzas.
Online hydraulics course for firefighters. Summary: 1. Hydraulic extinguishing installations. Line equation calculation. Fire extinguishing spearhead pressure.. 2. Principles of operation of a spear. 3. Types of fire lances.
FUNCIONAMIENTO Y CALCULO DE CAUDAL DE LANZAS CONTRAINCENDIOS
Curso online de hidráulica básica para bomberos
1. INSTALACIONES HIDRAULICAS DE EXTINCION
La instalación hidráulica de extinción tiene por objeto llevar un fluido agente extintor (agua o espumante), desde una fuente de suministro hasta el lugar donde se esta produciendo el incendio.
Partimos de una instalación básica, compuesta por una bomba, una manguera y una lanza.
Para poder extinguir el fuego, deberemos conseguir que por la lanza salga un caudal de fluido Q acorde con la carga de fuego, además provisto de rapidez v para poder alcanzar el incendio desde una distancia segura.
Si aplicamos la ecuación de la energía entre la salida de la bomba y la entrada de la lanza tenemos:
(Pincha en imagen para ampliar)
Resultando la siguiente expresión, conocida como ecuación de línea:
PB = PL + HG + PC
Donde:
PB: Altura de presión a la salida de la bomba. (PB/10 bar)
PL: Altura de presión en punta de lanza. (PL/10 bar)
HG: Altura geométrica. Desnivel existente entre la bomba y la lanza, puede ser positivo si hay que ganar altura o negativo si hay que perder altura. (HG/10 bar).
PC: Pérdidas de carga en mca. (PC/10 bar)
El significado de esta expresión es el siguiente:
Para conseguir que el fluido extintor salga con una rapidez (v) y con un caudal Q, hay que tener una presión en punta de lanza (PL) y una sección de salida S determinada.
Para tener esa PL será necesario disponer de una presión a la salida de la bomba PB suficiente para dar esa presión demandada, pero aumentada con la energía necesaria para salvar la altura geométrica AG y vencer las pérdidas de carga existentes en la instalación PC.
Como la presión a la salida de la bomba (PB), trabajando con un régimen de giro constante, depende del caudal, deberemos analizar la dependencia de la presión en punta de lanza (PL) y de las pérdidas de carga (PC) en relación con el caudal.
Una vez encontradas estas relaciones estudiaremos como se comporta la instalación ante las variaciones que se producen durante su funcionamiento.
2. PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DE UNA LANZA
La lanza es un dispositivo hidráulico situado al final de la manguera, responsable de establecer el caudal Q que circula por la instalación.
Al pasar el agua a través de un estrechamiento que posee la lanza se produce una transformación de la energía de presión, que le esta suministrado la bomba, en energía cinética (ecuación de descarga).
De esta manera, el agua adquiere una rapidez superior a la que llevaba dentro de la conducción, lo que le permite, alcanzar, o ser lanzada a una distancia suficiente para que no sea necesario acercarse en exceso al fuego y poderlo extinguir con seguridad.
Esta velocidad junto con la sección de salida fija el caudal Q
Además de proporcionar el alcance y caudal necesario para la extinción, la lanza debe permitir regular el chorro de salida para adquirir diferentes configuraciones, según las necesidades y circunstancias de la extinción.
- En la posición de chorro recto se usa cuando se necesita una gran fuerza de extinción concentrada en un sitio de difícil acceso.
- En chorro de pulverización ancha crea una cortina de agua con el fin de proteger a los que están manejando la lanza.
- El chorro de pulverización estrecha, que es una posición intermedia entre los dos anteriores, es el ideal para atacar el fuego con seguridad.
En función del diámetro de la manguera en la que van conectados, podemos encontrar lanzas para los tres diámetros de manguera: 25, 45 y 70 mm.
El rango de caudales para cada tipo de diámetro es:
- para el diámetro de 25 mm entre 30 – 200 lpm
- para diámetro de 45 mm entre 120 – 500 lpm
- para diámetro de 70 mm. Entre 300 – 1000 lpm.
El caudal que esta dando una lanza se deduce a partir de la ecuación de descarga.
Q ＝ K • S • √PL
Donde:
S es la sección del orificio de salida.
PL es la presión manométrica en punta de lanza.
K es una constante que depende del modelo de la lanza.
Según esta expresión el caudal que da una lanza se puede modificar variando cada uno de los tres factores.
Esta relación es muy importante, ya que nos permite entender el funcionamiento de una lanza.
Si nos fijamos, el caudal que está proporcionando depende de la sección de salida y de la presión en punta de lanza, que a su vez proporciona la velocidad de salida del agua.
Por lo tanto:
1. Si tenemos dos lanzas de distinto diámetro pero con la misma presión en punta de lanza, el agua sale con la misma velocidad, pero la que tiene más sección estará proporcionando más caudal. Esto es similar a la situación de que tenemos una bicicleta y un camión a 40 km/h, ambos van a la misma velocidad pero tienen distinta masa.
2. Si queremos modificar el caudal que da una lanza tenemos o bien modificar la sección (abriendo y cerrando la lanza) o variamos la presión en punta de lanza o hacemos ambas cosas simultáneamente.
¿Qué hace el fabricante de lanzas, para ajustar, el caudal que da sus lanzas?
En las lanzas reguladoras de caudal, vemos que el mando del caudalímetro tiene cuatro posiciones, en las que se encuentra marcado cuatro caudales. Pero si nos fijamos el fabricante dice a 7 bares (6,8 en algunos modelos).
¿Cómo se ha calibrado la lanza?
El fabricante pone su lanza en un banco de ensayo con un manómetro y un cuadalímetro, y ajusta la presión en punta de lanza a 7 bar y modifica la sección de salida (KS) hasta que dé el caudal que manca en la primera posición (por ejemplo 240 lpm para una de 45 mm).
Si os dais cuenta lo que está haciendo es calcular experimentalmente el valor de KS, mediante la siguiente relación:
Luego si tenemos la lanza en la posición 1 del caudalímetro que dice Q = 240 lpm, en esta posición la lanza tiene la siguiente ecuación de descarga:
Esto quiere decir que la lanza dará 240 lpm. Solo si la presión en punta de lanza es 7 bares, si la presión es menor, por ejemplo 5 bares el caudal será:
Y si es mayor, por ejemplo 10 bar:
Si ahora variamos a la posición 2, el fabricante vuelve a poner su lanza con un PL de 7 bares, y calcula el nuevo KS.
CONCLUSIÓN: La lanza reguladora de caudal da el caudal que marca el fabricante solo si estando en la posición correspondiente del caudalímetro la presión estática o residual en punta de lanza es igual a 7 bares.
Si la presión es distinta habría que calcularlo conociendo el KS de la lanza que suele darlo el fabricante en forma de una tabla.
3. TIPOS DE LANZAS
Dentro de las lanzas de manguera manuales destinadas a los servicios contra incendios distinguimos los siguientes tipos de lanzas:
- Chorro pleno
- Forma de chorro variable a caudal variable
- Forma de chorro variable a caudal constante
- Forma de chorro variable a caudal constante, seleccionable
Consulta:Tema 19. "Chorros y boquillas"
• Las lanzas de chorro pleno son el diseño más simple de lanza que existe, al no poseer obstáculos en el recorrido del agua, le confiere a la misma el máximo alcance, en función del orificio de salida.
• Las lanzas multiefectos tienen la posibilidad de chorro variable. Este tipo de lanza presenta el inconveniente de que el caudal que proporciona la lanza varía al variar el chorro, así poco a poco se han ido sustituyendo por el siguiente tipo:
• Las lanzas de caudal constante tienen la peculiaridad de permanecer constante su caudal a una presión fija al variar el efecto. Las lanzas de caudal constante han evolucionado con la aparición de dos modelos:
- Las selectoras de caudal y
- Las lanzas automáticas
• Una lanza selectora de caudal es aquella que esta diseñada de forma que si mantenemos la presión en punta de lanza marcada por el fabricante, podemos seleccionar cuatro caudales, con tan solo variar la sección de salida de la lanza.
Por lo tanto se modifica el producto (K·S) de la ecuación de descarga. Otra característica es que conserva el mismo caudal al variar el chorro, ya que esta construida de forma que el orificio de salida que fija el caudal, sea independiente del dispositivo genere el chorro.
Este tipo de lanza, al igual que otras, dispone de una válvula manual, que en este caso solo sirve para cortar el paso del agua.
Así pues, este tipo de lanza, dispone de tres controles independientes, uno destinado a regular el caudal, otro el tipo de chorro y un tercero el paso del agua.
• Las lanzas automáticas también denominadas de presión constante, son aquellas que disponen de un mecanismo que mantienen constante la presión dentro de la lanza entre un amplio rango de caudales.
La lanza regula automáticamente la sección de salida de la lanza para cada caudal seleccionado, estas lanzas mantienen un alcance fijo, independientemente del caudal, pues la distancia a la que llega el chorro, depende de la presión que es constante.
En este caso la lanza tan solo dispone de dos mandos, el selector de chorro y la válvula manual, que es la encargada de la regulación del caudal, para lo cual esta calibrada generalmente entre cuatro a seis posiciones.
La ventaja de este tipo de lanzas, es que da el caudal marcado por la posición de la válvula de cierre, cosa que no ocurría con las lanzas selectoras de caudal, en la que además debíamos mantener la presión en punta de lanza dentro del rango especificado por el fabricante.
