Tema del curso online de hidráulica disponible en pdf. Resumen: Concepto de alcance vertical y horizontal. Factores que afectan el alcance. Aproximación teórica del alcance del chorro. Trayectorias de los chorros cuando salen de la lanza. Valores que debe garantizar el fabricante.
Hydraulics online course topic available in pdf. Abstract: Concept of vertical and horizontal reach. Factors Affecting Scope. Theoretical approximation of the range of the jet. Trajectories of the jets when they leave the lance. Values to be guaranteed by the manufacturer.
ALCANCE VERTICAL Y HORIZONTAL DE UN CHORRO CONTRAINCENDIOS
Curso de hidráulica para bomberos
Alcance vertical y horizontal de un chorro
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:
- 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.
Aproximación teórica del alcance de un chorro
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 esta saliendo una masa igual a
m = ρ·Qv·t.
Por ejemplo:
Si está saliendo un caudal de 250 lpm, en 1 segundo estará saliendo una masa de agua de:
m = ρ·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:
¿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 cuenta la influencia del viento.
Supongamos que:
Tenemos la lanza que esta 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 y 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.
≫ Se puede demostrar que el alcance vertical y horizontal esta relacionado con el ángulo que forma la velocidad a la salida de la lanza con la horizontal:
- Si el ángulo es muy horizontal el agua se elevará poco llegará más lejos.
- Por el contrario si el ángulo es muy pronunciado, el chorro alcanzará una gran altura pero una pequeña distancia horizontal.
En la figura siguiente se muestran las trayectorias de distintos chorros de agua con la misma rapidez de salida (30 m/s), pero distintos ángulos:
≫ Se puede comprobar que los distintos chorros alcanzan distintas alturas respecto al suelo y recorren distintos alcances horizontales.
≫ Se observa que si dos ángulos suman 90º, los alcances horizontales son iguales.
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.
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 esta 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.
