II.22. Hidraulica. Bombas.pdf

Hidráulica. Bombas centrífugas. BOMBAS CENTRÍFUGAS Son las más indicadas en los sistemas de extinción de incendios, que requieren caudales moderados y altas presiones. Componentes principales Rodete o impulsor  Es el elemento que gira. Absorbe el agua, cambia su dirección y aumenta su velocidad  F...

Hidráulica. Bombas centrífugas. BOMBAS CENTRÍFUGAS Son las más indicadas en los sistemas de extinción de incendios, que requieren caudales moderados y altas presiones. Componentes principales Rodete o impulsor  Es el elemento que gira. Absorbe el agua, cambia su dirección y aumenta su velocidad  Formada por dos discos paralelos con canales formados por los álabes Carcasa o cuerpo  Es la cámara que contiene el resto de elementos  Normalmente en forma de voluta o caracol  Puede incluir difusores fijos para reconducir el agua a la salida del rodete, frecuentes sobre todo en bombas de muy altas prestaciones Principio de funcionamiento de la bomba centrífuga El agua es absorbida por la aspiración, paralelamente al eje de la bomba, incide sobre el disco posterior del rodete y cambia de dirección (90º). Como el rodete gira, el agua se ve forzada a girar con él, aumentando su velocidad y por tanto su energía cinética, y con ello, su energía total. Posteriormente, al salir del rodete y pasar a circular por la voluta, el agua reduce su velocidad, transformándose ese incremento de energía cinética en energía de presión. PRESTACIONES DE LA BOMBA. CURVA CARACTERÍSTICA A la hora de adquirir una bomba los fabricantes dan una serie de información con la que el usuario puede conocer las prestaciones que tendrá la bomba al funcionar. La primera información normalmente es un resumen de caudales y presiones máximas, altura de aspiración, régimen de giro, sistemas de seguridad, etc. Esta información nos da una idea aproximada de la capacidad máxima de la bomba, pero no permite saber cuál será la combinación de caudal y presión en cada momento, para ello necesitaremos más información y presentada de otro modo: la curva característica. La curva característica es una representación de las prestaciones de la bomba sobre una gráfica presión-caudal: para cada caudal que suministra la bomba nos indica la presión (energía por unidad de volumen) del agua a la salida de la bomba. Para cada régimen de giro de la bomba habrá una curva característica. Vemos todo esto con un ejemplo: tenemos una bomba genérica que hacemos girar a, por ejemplo, 2000rpm. A la salida de la bomba existirá un manómetro que nos indicará la presión del agua, así como las válvulas correspondientes para darle salida. Partiremos de una situación en la que todas las válvulas están cerradas, lo que supone que el caudal circulante será cero. En esa situación hacemos la lectura del manómetro y observamos una lectura de, por ejemplo, 9bar. Si ahora, y sin cambiar el régimen de giro, comenzamos a abrir válvulas, comenzará a circular agua, es decir comenzará a haber caudal. Vamos abriendo poco a poco hasta que el caudal sea de, por ejemplo, 400 l/min. Si en esta nueva situación hacemos la lectura de presión ya no habrá 9bar, habrá disminuido ligeramente a, por ejemplo, 8,8bar. Si seguimos abriendo las válvulas seguirá aumentando el caudal; si en este caso lo llevamos hasta, por ejemplo, 800 l/ min al hacer la lectura de presión observaremos que nuevamente habrá vuelto a bajar, hasta, por ejemplo, 8,5bar. Si hacemos esto sucesivamente, en incrementos de 400 l/min cada vez, y vamos anotando las distintas lecturas de caudal y presión, obtendríamos finalmente una serie como la de la tabla de la derecha. Caudal (l/min) 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 Presión (bar) 9 8,8 8,5 8,2 7,9 7,2 6,5 5,6 4,0 Otra bomba con otras dimensiones o diseño habría dado otras presiones para los distintos caudales, pero en todo caso se cumpliría que el aumento de caudal supone también una disminución paulatina de la presión. Si ahora representamos estos valores en una gráfica presión-caudal quedaría del siguiente modo: Presión (bar) 12 10 8 6 4 2 Caudal (l/min) 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Vemos que la sucesión de puntos describe una curva descendente a medida que aumenta el caudal. Esto mismo pero hecho para todos los valores de caudal nos da una curva continua, como la de la figura, que es la curva característica de esa bomba a ese régimen de giro: Presión (bar) 12 10 8 6 4 2 Caudal (l/min) 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Si esto mismo lo repitiéramos a mayor régimen de giro, por ejemplo, a 3000rpm, obtendríamos una nueva serie de datos, como los de la tabla de la derecha, en este caso con mayores presiones a igualdad de caudales respecto al anterior caso. Caudal (l/min) 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 Presión (bar) 15 14,7 14,5 14,2 13,9 13,2 12,5 11,7 10 Si ahora representamos en la gráfica estos datos obtendremos una nueva curva, por encima de la anterior. Dibujando las dos curvas en el mismo gráfico quedará: Presión (bar) 16 14 12 10 3000rpm 8 2000rpm 6 4 2 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Si trazáramos la curva a 1000rpm quedaría por debajo de la de 2000rpm y así sucesivamente. Lo normal será que el fabricante nos facilite las curvas de regímenes de giro lo suficientemente representativos como para que podamos hacernos una idea del total de posibilidades de la bomba. Algunas gráficas incluirán, a parte de esta información, las curvas de limitación de funcionamiento en caso de aspirar con la bomba. Estas curvas se representan mediante ramas descendentes de elevada pendiente, cada una para una altura de aspiración específica, y nos informan de que en caso de estar aspirando si se sobrepasa el caudal que marca la rama (es decir si nos ubicamos a la derecha en la gráfica), se producirá cavitación por estar demandando al sistema de aspiración, válvula de pie más mangotes, un caudal superior al que pueden aportar. Obviamente cuanta mayor sea la altura de aspiración, mayor será la limitación de caudal a aspirar. Esta información es particularmente relevante en el caso de bombas forestales, con las que a priori es más probable que usemos la técnica de aspiración. Además de esta información las gráficas que nos da el fabricante pueden incluir las curvas de potencia, rendimiento, etc., aunque es una información menos relevante dentro del ámbito de bomberos. A modo de ejemplo, las gráficas siguientes corresponden, respectivamente, a las curvas en baja presión (“presión normal”, conforme a la terminología sobre bombas contra incendios de la Norma UNE-EN 1028) y alta presión de una bomba real presente en nuestro servicio, la GODIVA P2A-3010: Bomba GODIVA P2A-3010. Curvas características en baja presión (presión normal). Aparecen representadas las curvas correspondientes a los regímenes de giro de 3600, 3200, 2800 y 2400 rpm. También se representan las limitaciones aspirando a 7,5m, 6m, 3m y 1,5m, empleando los correspondientes mangotes y válvula de pie Bomba GODIVA P2A-3010. Curvas características en alta presión. Aparecen representadas las curvas correspondientes a los regímenes de giro de 3600, 3200, 2800 y 2400 rpm Altura de aspiración. Cuando una bomba aspira del depósito del vehículo, el agua entra por gravedad en la bomba con una presión manométrica positiva, pero si la alimentación se tiene que realizar desde un pozo o balsa que se encuentran en una cota inferior a la situación de la bomba. Para que se produzca la entrada de agua, la presión en el colector de aspiración debe ser menor que la atmosférica, así el agua subirá por el mangote, como sube un refresco al chupar por una cañita. Dado que a una atmósfera le corresponde una la altura de presión que ronda los 10 m., esta sería la altura teórica máxima que podríamos aspirar, pero en la práctica debido a los factores que señalaremos a continuación, este límite se reduce a una altura comprendida entre 7 y 6 m. En efecto, la altura de aspiración de una bomba depende de: La presión atmosférica ya que la misma disminuye con la altitud respecto al nivel del mar desde donde estemos aspirando. Se estima una perdida de unos 0,13 m. por cada 100 m. de altitud. El aumento de la temperatura del fluido hace disminuir la altura de aspiración, ya que al aumentar la presión de vapor del mismo, se produce una mayor evaporación de fluido y consecuentemente, se produce un aumento de presión en el colector de aspiración22. Las perdidas de carga en el mangote hacen que al aumentar el caudal o al disminuir su sección, se reduzca la altura de aspiración. Además en la toma de aspiración de una bomba, se puede producir un fenómeno no deseable, para su correcto funcionamiento, denominado cavitación. Esta consiste en la evaporación del fluido circulante por la bomba a temperaturas muy inferiores a la de ebullición del mismo como consecuencia del descenso de la presión en el líquido, ya que si desciende a la presión de vapor a esa temperatura, entrará en ebullición. La cavitación puede generar averías mecánicas en la bomba, hacer que descienda el caudal en la misma y propicie la corrosión de los materiales. Para evitar este fenómeno, hay que dimensionar bien la altura de aspiración. 22 Experimentalmente se comprueba que para una temperatura del agua comprendida entre 15 y 20 ºC supone una pérdida de altura de 0,20 m. El agua a 10 ºC implica una pérdida de 0,125 m y a 50 ºC de 1,25 m. NECESIDADES DE PRESIÓN. INSTALACIÓN BÁSICA DE EXTINCIÓN Cuando estemos trabajando con un tendido de extinción la presión en bomba será la necesaria para tener en punta de lanza la presión recomendada por el fabricante (presión de referencia, PR) más la necesaria para vencer las pérdidas de carga por rozamiento y las variaciones de cota (éstas pueden ser positivas o negativas). A estos términos sumaríamos la componente energía cinética, pero como hemos visto tendrá un valor tan pequeño que lo podemos despreciar. Así pues, si sumamos todo lo anterior nos queda: PB = PL + AG + PC     PB = PRESIÓN EN BOMBA PL = PRESIÓN EN LANZA (presión de referencia, usualmente 6bar) AG =ALTURA GEOMETRICA (positiva si la punta de lanza está en una cota superior a la bomba, y viceversa) PC = PERDIDAS DE CARGA (función de la longitud, sección y caudal) A esta expresión la llamaremos “Ecuación de Línea”, y es un método simplificado muy sencillo para evaluar la presión que nos deberá marcar la bomba para obtener en lanza la presión de referencia y el caudal buscado, sin necesidad de conocer las curvas características de bomba e instalación. La información que debemos manejar será:      Presión de referencia de la lanza. Usualmente 6 o 7bar Caudal deseado. La lanza deberá tener seleccionado dicho caudal Desnivel a salvar. Positivo si es ascendente y negativo si es descendente Número de tramos y sección de las mangueras que forman el tendido Tabla de pérdidas de carga en función del caudal y el diámetro de la manguera DIÁMETRO 100 150 230 360 475 25 0,5 45 0,1 70 * 1,5 0,2 * 3,8 0,3 * 8,2 0,7 * 9,5 1,1 * CAUDAL 550 750 950 1400 1900 2500 3000 3500 3800 PÉRDIDA DE CARGA 12 * * * * * * * * 1,2 2,3 3,3 6,6 * * * * * * 0,1 0,1 0,2 0,5 0,9 1,3 1,9 2,3 Tabla de pérdida de carga (bar) para tramos de 20m. Los valores son orientativos, teniendo ligeras variaciones en función del modelo específico, estado de la manguera, existencia de bucles, etc. Nota: la ecuación de línea no considera las pérdidas de carga singulares. Si el tendido es muy sinuoso y/o incluye numerosos elementos intermedios (bifurcaciones, reducciones, etc.) deberemos ampliar el resultado del cálculo en 1-2bar, o más, según el caso. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA LANZA La lanza tiene por objeto proyectar el agua con el alcance, caudal, tipo de chorro y tamaño de gota óptimos. Para conseguir todos estos propósitos el agua va pasando sucesivamente por los diferentes elementos o mecanismos de la lanza construidos a tal efecto. En esta explicación vamos a describir el esquema genérico de una lanza PN16, Tipo 3 (Norma UNE-EN 15182), la más frecuente en los Servicios de Extinción. El primer mecanismo será una válvula de corte, normalmente de tipo bola, accionada por una palanca situada en la parte superior de la lanza. El siguiente mecanismo será el selector de caudal. La forma de actuar del selector es aumentando o disminuyendo la sección de salida del agua, que es en forma de anillo, siendo el caudal de salida proporcional a dicha sección y a la raíz cuadrada de la energía del agua previa al estrechamiento (energía de presión + energía cinética, pudiendo normalmente despreciarse esta última por su bajo valor comparada con la energía de presión). El menor o mayor ancho de ese anillo se consigue aproximando o alejando una corona a un embolo central, con lo que se deja mayor o menor ancho de paso. Ancho de paso mínimo Ancho de paso máximo Mecanismo selector de caudal (pieza roja). Acercándolo (imagen izq.) o alejándolo (imagen dcha.) del émbolo central se consigue un menor o mayor ancho de paso, y con ello, un menor o mayor caudal 2 1 El efecto que supone la disminución de la sección a su paso por el selector de caudal es una transformación de toda la energía de presión previa, normalmente entre 6 o 7bar, en energía de cinética (velocidad). Una parte también se emplea en superar la pérdida de carga singular que supone el estrechamiento. Punto 1: elevada presión, baja velocidad Punto 2: baja presión (la atmosférica), alta velocidad PÉRDIDA DE CARGA. RÉGIMEN LAMINAR Y TURBULENTO Según las circunstancias un fluido se puede desplazar dentro de una conducción de forma “ordenada”, con trayectorias idealmente rectas [régimen o flujo laminar] o “desordenada”, con turbulencias, trayectorias entrecruzadas y velocidades cambiantes en dirección y módulo (valor) [régimen o flujo turbulento]. Régimen laminar Régimen turbulento En el régimen laminar la capa de fluido directamente en contacto con las paredes de la tubería tendría velocidad cero (capa límite), y conforme nos alejamos de éstas aumentaría su velocidad, que sería máxima en el centro de la conducción. Un ejemplo de este régimen lo podemos ver en el fluir de la pasta dentífrica a la salida del tubo que la contiene. En el régimen turbulento si bien las velocidades son cambiantes, el comportamiento medio en cuanto a velocidades tiende a ser más similar entre las zonas cercanas a las paredes y las zonas próximas al centro de la conducción. Un ejemplo de este régimen se da en el agua al circular por las mangueras de bomberos. NÚMERO DE REYNOLDS Número adimensional utilizado en mecánica de fluidos para caracterizar el tipo de movimiento. Físicamente supone el cociente entre los términos relativos a las fuerzas de inercia y las fuerzas de naturaleza viscosa. Cuando las primeras predominen sobre las segundas el régimen tenderá a ser turbulento, en el caso contrario el régimen tenderá a ser laminar. 𝐑𝐞 : número de Reynolds 𝛒 : densidad 𝛒𝐕·𝐃 𝐕·𝐃 𝐕 : velocidad Re = = 𝛍 𝛎 𝐃 : diámetro tubería 𝛍 : viscosidad dinámica 𝝂 : viscosidad cinemática Con valores del Número de Reynolds del orden de 2000 o inferiores el régimen se considerará laminar, con valores del orden de 4000 o superiores el régimen se considerará turbulento. Por supuesto, cuanto más nos alejemos de esos valores el régimen será “más laminar” (20 es más laminar que 1500) o “más turbulento” (300.000 es más turbulento que 10.000). En el margen entre 2000 y 4000 (según autores pueden ser valores ligeramente distintos) se hallaría el régimen de transición, a caballo entre el régimen laminar y el turbulento. Re < 2000 Re > 4000 → R. Laminar → R. Turbulento En el caso de las instalaciones que montamos los bomberos Re se moverá normalmente en el rango de 40.000 a 600.000, por lo que el régimen será siempre turbulento. PÉRDIDA DE CARGA En los puntos anteriores hemos supuesto un fluido que se desplaza idealmente sin pérdidas de carga, es decir, que la energía total del fluido no disminuye a lo largo de su avance por la conducción. La realidad sin embargo es que en ese avance sí se da una pérdida de energía o pérdida de carga, debida a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la conducción. La pérdida de carga, que sólo se da con el fluido en movimiento, podrá ser de dos tipos:   Pérdida de carga lineal. Es la que se da a lo largo de tramos de sección constante. Pérdida de carga singular (o localizada). Es la que se da al paso por elementos u obstáculos de la instalación como válvulas, cambios de sección, codos, etc. Traducido a un tendido lo que observaríamos sería una disminución de la presión, conforme se avanza por éste, lo que se podría comprobar intercalando manómetros a lo largo de su recorrido. Factores que determinan la pérdida de carga lineal La pérdida de carga lineal estará determinada por las características del fluido (viscosidad, velocidad, tipo de régimen) y de la conducción (dimensiones, rugosidad). Resumidamente, dependerá de:      La longitud de la conducción (directamente proporcional) El diámetro de la conducción (inversamente proporcional a la quinta potencia) La velocidad del fluido (cuadrado de la velocidad) Viscosidad del fluido Rugosidad del material de la conducción En nuestro caso las variables serán por un lado la longitud y sección del tendido, y por otro el caudal (y con ello la velocidad del agua). Según como sea esta combinación tanto mayor o menor será la pérdida de carga, determinando con ello la instalación a montar y los requerimientos de presión en bomba. Pérdida de carga total Considerando las pérdidas de carga lineal y singular, la pérdida de carga total aumentará al:     Aumentar la longitud del tendido Aumentar el caudal Aumentar el número de elementos singulares (reducciones, estrechamientos, codos, etc.) Disminuir la sección PUNTO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA INSTALACIÓN La curva característica de una instalación es la representación gráfica de los requerimientos de esa instalación, y se representa en una gráfica presión-caudal. Para cada caudal que circula por la instalación, nos indica la presión (energía por unidad de volumen) necesaria en su acometida para conseguir dicho caudal. Habrá una curva para cada instalación en función del tendido (longitud, sección, etc.), la altura a salvar y las circunstancias de la lanza. En la imagen inferior vemos la instalación más sencilla posible, una lanza conectada directamente a la bomba: Lanza 25mm con selector de caudal a 230l/min En este ejemplo la lanza tiene el selector de caudal a 230l/min, que sería el caudal que saldría si la presión a la entrada de la lanza fuera la Presión de Referencia (en este modelo de lanza PR = 7bar). Con otras presiones los caudales serían otros, por ejemplo, a 1bar saldrían unos 100l/min, y a 12bar unos 300l/min. Respecto a la forma de la curva, su pendiente indicará el nivel de exigencia energética de la instalación:  Curvas con pendiente muy pronunciada: instalación con gran requerimiento energético (“peores”). Necesitan más presión para obtener el mismo caudal  Curvas con pendiente poco pronunciada: instalación con poco requerimiento energético (“mejores”). Necesitan menos presión para obtener el mismo caudal En el ejemplo siguiente se representan 3 instalaciones diferentes, siendo la curva verde la correspondiente a la instalación con más demanda energética. En general todas las curvas comienzan con una pendiente suave, hasta alcanzar un rango en que la presión crece cada vez más rápidamente, por lo que la pendiente es cada vez más acusada. Esto se debe a que la pérdida de carga crece de manera exponencial respecto del caudal que debe circular por ella. Si estamos trabajando a un caudal que implica estar situados en un punto de pendiente muy acusada valoraremos trabajar con un tendido de mayor sección (o repartir el caudal entre dos tendidos), para disminuir la exigencia energética y someter tanto a bomba como a tendido a un menor esfuerzo. PUNTO DE FUNCIONAMIENTO Es la combinación de caudal y presión resultantes de la interacción de una instalación (en nuestro caso formada por tendido y lanza) con una bomba funcionando a un régimen concreto y que alimenta a dicha instalación. El caudal y presión a la salida de la bomba (lo que se aporta) coincidirán con el caudal y presión necesarios a la entrada de la instalación (lo que se demanda). Este punto se obtiene representando en la misma gráfica las curvas características de bomba y de instalación, siendo el punto de corte de ambas curvas el punto de funcionamiento. En el caso representado en la imagen el caudal sería de 2200l/min, y la presión en bomba, que es la misma que a la entrada de la instalación, 6,8bar. Presión (bar) 10 8 6 Instalación 4 Bomba 2 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Caudal (l/min) Cuando queremos lanzar un caudal determinado por una instalación de lanza + tendido, necesitamos una presión a la entrada del tendido ajustada para vencer la suma de presión en lanza (la presión de referencia, PR, normalmente 6 o 7bar), la altura geométrica a vencer, y las pérdidas de carga del tendido (lineales y singulares). Si conectamos bomba y no sale el caudal esperado es porque para ese régimen de bomba la presión es insuficiente y con ello la capacidad de aportar el caudal demandado: el punto de funcionamiento está por debajo de nuestra demanda. Cuando aceleramos la bomba para solucionarlo lo que hacemos es dar un salto a un régimen de giro más elevado cuya curva característica está por encima de la anterior, y el nuevo punto de funcionamiento resultante será el que buscamos. Vemos esto con un ejemplo: Queremos impulsar un caudal de 230l/min. El tendido consiste en 5 tramos de 20m con manguera de 25mm de diámetro, y hay un desnivel positivo (ascendente) a salvar de 20m. Como la presión necesaria es elevada trabajaremos con la bomba en alta presión. La curva característica de esta instalación es la representada en color rojo, arrancando a 2bar, que es la presión mínima para salvar los 20m de desnivel. Conectamos la bomba y la ponemos al régimen de giro 1 (curva verde). El punto de funcionamiento será el punto 1, con una presión a la salida de bomba (o a la entrada de la instalación) de unos 18bar, y 200l/min. Este caudal es inferior al que queremos, por lo que aceleramos la bomba al régimen de giro 2 (curva marrón). En el nuevo punto de funcionamiento, punto 2, alcanzaremos una presión de 22,4bar a la salida d la bomba (o a la entrada de la instalación) y el caudal buscado de 230l/min. En el caso de haber acelerado al régimen de giro 3 (curva negra) el punto de funcionamiento sería el 3, alcanzando una presión de unos 28bar a la salida de la bomba (o a la entrada de la instalación) y un caudal de 255l/min, superior al buscado de 230l/min. 3 2 1 Reacción en una lanza. El agua esta saliendo de la lanza con una velocidad v que depende, como hemos visto de la presión en punta de lanza. Para que se produzca esto, debe existir una fuerza F que esta impulsando al fluido por el orificio de sección S. La tercera ley de Newton, conocida con el nombre de principio de acción y reacción establece que, por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza igual pero de sentido opuesto sobre el cuerpo que la produjo. Por lo tanto aparecerá en la lanza una fuerza de reacción R de sentido opuesto a F. Esto es lo que se conoce como reacción de una lanza. La variación de la fuerza, según la segunda ley de Newton será igual a la masa multiplicada por la aceleración: ΔF = m ⋅ Δv m = ⋅ Δv = Q m ⋅ Δv Δt Δt Donde Qm es el caudal másico que es igual a: Qm = ρ · S · Δv Por la ecuación de descarga sabemos que: PL ( Δv ) 2 2 ⋅ g ⋅ PL 2 ⋅ PL = ⇒ ( Δv ) 2 = = γ 2⋅ g ρ⋅g ρ Por lo tanto: ΔF = ( ρ ⋅ S ⋅ Δv ) ⋅ Δ v = ρ ⋅ S ⋅ ( Δ v ) 2 = ρ ⋅ S ⋅ 2 ⋅ PL = 2 ⋅ PL ⋅ S ρ Luego la reacción R será igual pero de sentido opuesto: R = 2· PL · S Si PL esta en bares, S tiene que estar en cm2 para que R de en Kg. Si PL se da en Pascales, S tiene que estar en m2, en este caso R da en newton. Ejemplo: Una lanza de φ45 mm tiene una PL = 5 bares. Suponiendo que la sección de salida tiene 14 mm (1,4 cm) de diámetro. ¿Cuál es la fuerza de reacción R?: π ⋅ 1,4 2 R = 2 ⋅ PL ⋅ S = 2 ⋅ 5 bar cm 2 = 2 ⋅ 5 ⋅ 1.54 = 15,4 Kg. 4 Golpe de ariete. El fenómeno conocido como golpe de ariete, tiene lugar en una tubería por la que circula agua con cierta velocidad y se interrumpe, por ejemplo, mediante el cierre de una válvula. Entonces, aparecen en las paredes de la misma, unas sobrepresiones que pueden llegar a producir la rotura de la conducción. Para explicar el fenómeno, supongamos que tenemos una instalación, de longitud L, que se alimenta por gravedad de un deposito que se encuentra a presión constante. Para simplificar la explicación suponemos que no existen pérdidas por fricción. Si cerramos la válvula V, el agua que circula con velocidad v, chocará contra la misma. El resultado será un brusco aumento de presión y una detención progresiva del fluido, si esta perturbación se desplaza con una velocidad de a m/s, en un tiempo L/a segundos todo el fluido de la manguera estará en reposo y la conducción sometida a una sobrepresión. Es decir que el fenómeno se caracteriza por una transformación alternativa de la energía cinética que poseía el fluido en energía elástica que almacenará tanto el fluido como las paredes de la conducción. Al llegar la sobrepresión a las inmediaciones del deposito, existirá una mayor presión en la conducción que en el depósito, por tanto el agua tenderá a entrar en el mismo, con velocidad -v. La presión volverá a ser la que tenía inicialmente la conducción, pero como el agua ahora circula de la válvula al deposito, en el instante 2L/a segundos, la perturbación llega a la válvula, que como se encuentra cerrada, no se repone el agua que se desplaza y por tanto se genera una depresión en la misma, tal que el agua se frena hasta alcanzar el reposo. Esta depresión se transmite de nuevo por la conducción hasta que transcurridos 3L/a segundos, desde el cierre de la válvula, el fluido no posee velocidad, pero está en depresión. Por lo tanto el agua tenderá a circular del depósito a la conducción, adquiriendo de nuevo la velocidad v en dirección hacia la válvula. En el momento que la perturbación, que ahora viaja hacia delante, llega de nuevo a la válvula, se repiten las condiciones iniciales del cierre ocurrido 4L/a segundos antes. El proceso descrito se repite cada 4L/a segundos. Los efectos del rozamiento y las elasticidades del fluido y de la conducción, despreciadas en la descripción anterior, llevan a que el fenómeno se amortigüe y el fluido alcance finalmente el estado de reposo. Se puede demostrar, que la máxima sobrepresión que puede llegar a alcanzarse en un golpe de ariete es: Δh = a ⋅ Vo g Δh: sobrepresión, en metros de columna del fluido circulante. a: velocidad de propagación de la perturbación (m/s). Vo: velocidad de régimen del fluido. g: aceleración de la gravedad (9,81 m/s2). El valor de a depende del material de la conducción, el diámetro y el espesor de la misma. Para dar una idea aproximada en las tuberías de acero es de 1000 m/s, 800 m/s para el fibrocemento y en el caso de conducciones de PVC desciende hasta 200 m/s. Ejemplo: Para tener en cuenta el orden de magnitud de esta sobrepresión calculemos, por ejemplo, en una conducción de PVC, por la que circule agua a 100 mca. (10 atm aproximadamente) y con una velocidad de régimen de 1,5 m/s: a ⋅ Vo 1,5 ⋅ 200 Δh = = = 30,6 mca = 3 atm g 9,81 Hablamos de un incremento del 33% de la presión nominal, pero si empleamos una conducción de fibrocemento con a = 800 m/s, esta sobrepresión sube a 12 atm, duplicándose la presión de régimen. Esta sobrepresión, es la máxima que se alcanza en el caso de un cierre instantáneo de la válvula de la lanza. Se demuestra, que si no queremos que se produzcan estas sobrepresiones, la solución es cerrar la válvula en un tiempo mayor que 2L/a, pues de esta forma, ningún punto alcanza la sobrepresión máxima, y la primera onda positiva reflejada regresa antes que se genere la última negativa. En el caso de una instalación de 100 metros y una tubería de PVC, este tiempo es de un segundo. Acoplamiento de bombas. El acoplamiento de bombas puede llevarse a cabo, bien en serie, o en paralelo. En el primero de los casos la impulsión de la bomba se conecta a la aspiración de una segunda bomba, por lo que el caudal bombeado será el mismo en ambas máquinas aunque las alturas creadas se suman. Cuando se acoplan bombas en paralelo se aspira el fluido de un punto común, inyectándose después el caudal de impulsión en una tubería general. En este caso se suman los caudales conservándose la altura que dan las bombas. En las instalaciones de extinción utilizadas por los bomberos no se usan los acoplamientos en paralelo de bombas. Cosa que si ocurre con los acoplamientos en serie. Las bombas de presión combinada, instaladas en los vehículos contra incendios, son dos bombas acopladas en serie que giran en el mismo eje. Cada una de estas bombas a su vez puede estar formada por varios rodetes, de forma que en el mismo cuerpo de la bomba, la salida de un rodete se conecta con la entrada de otro, son las llamadas bombas multicelulares. También se pueden, aunque no es una maniobra habitual, de acoplar en serie dos bombas de dos vehículos distintos, conectando una de la salida de 70 mm de un vehículo a la entrada de aspiración de 100 mm de la otra, utilizando una reducción especial (70/100). Veamos la forma que adquiere la curva altura – caudal de dos bombas en paralelo, iguales girando a la misma velocidad. En este tipo de acoplamiento se recomienda que las bombas sean del mismo tipo y girando a igual velocidad. Para en caso de un acoplamiento en serie, si las dos bombas son iguales y girando a la misma velocidad como es el caso de las bombas multicelulares la cuerva resultante queda: Si conectamos dos autobombas que poseen distintas curvas características, al no girar sobre el mismo eje pueden tener distinta velocidad de giro, en este caso, las curva resultante es: NH 35 Página 5 BOMBA ROSENBAUER: N/NH 35 Bomba de presión combinada Bomba de baja presión de 3.500 L/min Bomba alta presion de 400 L/min Mínimos cambios de presión Funcionamiento intuitivo y gran ergonomía Emisión de ruido reducida Proporcionadores de espuma integrados: Proporcionador de inyección directa: DIGIDOS tanto de baja presion como de alta presion Accionamiento de la bomba sin caja de engranajes MEJORA: La alimentación de agua a la etapa de alta presión puede desconectarse a cualquier velocidad de giro de la bomba Página 6 BOMBA ROSENBAUER: N/NH 35 Parte de baja 1 etapa Parte de alta 4-etapas Etapas de alta y baja en contra-rotación en un solo eje Impulsor tridimensional. Prestaciones en baja presión: N/NH 35: 3.500 L/min a10bar Prestaciones en alta presión: 400 L/min - 40 bar Velocidad de la bomba. 3.100 RPM Página 7 N/NH 35- FUNCIONAMIENTO Y ERGONOMIA Baja altura de trabajo Válvulas autocebantes a la altura de la aspiración Panel de control y mandos inclinados Seguridad y rapidez de uso Estructura vertical en los displays, controles y mandos mecánicos Página 8 N/NH 35- FUNCIONAMIENTO Y ERGONOMIA Panel LCS integrado (logic control system) Principales funciones Panel de control retroiluminado Protección IP 54 Página 9 N/NH 35- FUNCIONAMIENTO Y ERGONOMIA Dirección de trabajo intuitiva Mandos de diseño ergonómico Incluso usando guantes de trabajo Rotulado permanente Página 10 N/NH 35- COMPONENTES DE LA BOMBA Página 11 N/NH 35- COMPONENTES DE LA BOMBA Nivel tanque agua conexión PTO Temperatura del motor desconexión PTO Llenado automatico de cisterna Apertura tanque agua Llenado manual de cisterna Arranque/parada motor Iluminacion faro de trabajo trasero Rebobinado carrete acelerador Sistema de proteccion del chasis Página 12 N/NH 35- COMPONENTES DE LA BOMBA Manometro de baja presion Manometro de alta presion manovacuometro Salida de alta presion recirculacion Palanca selectora de alta presion Carrete de pronto socorro cebador Página 13 N/NH 35- COMPONENTES DE LA BOMBA Conexión de aspiracion Salidas baja presion Salidas baja presion Drenaje de la bomba Salida digidos Llenado a traves de hidrante Salida digidos Llenado a traves de hidrante Drenajes conducciones digidos Salida alta presion Aspiracion externa de espumogeno Vaciado cisterna Drenajes de cisternas de espumogeno Página 14 N/NH 35- Conexión de la bomba en parado La bomba se puede conectar bien desde la parte delantera del camion mediante el interruptor original de Mercedes o bien desde el panel de bomba mediante el icono de color verde. La desconexion de la bomba se produce en el mismo interruptor en el caso de cabina y en el pulsador stop en el panel de bomba. Las conexiones no son conmutables y siempre hay que desconectar desde donde se haya conectado la toma de fuerza Página 15 N/NH 35- Conexión de la bomba en movimiento Para tirar agua en marcha seguiremos los siguientes pasos: 1. Conectamos la toma de fuerza 2. Pulsamos el interruptor N-D 3. Abrimos tanque de agua 4. Conectamos rociadores 5. Quitamos freno de mano 6. Seleccionamos D en la caja de cambios allison. 7. Pisamos la seta 8. Aceleramos para dar presion. Si se suelta la seta, la toma de fuerza se desconectara automaticamente y habra que detener el vehiculo para poder volver a meterla Página 16 N/NH 35- Seccion de la bomba / conexión de la etapa de alta presion y refrigeracion Página 17 N/NH 35- Seccion de la bomba / conexión de la etapa de alta presion y refrigeracion Página 18 N/NH 35- Refrigeracion de la bomba La bomba dispone de un sistema de refrigeracion automatico en caso de que la bomba llegue a los 65ºc Este sistema esta dispuesto tanto en la etapa de baja como en la etapa de alta presion. Su funcionamiento es mecanico, y consiste en un bimetal que con el aumento de temperatura se abre y deja salir el agua al exterior hasta que se enfria y vuelve a cerrarse. Página 19 N/NH 35- EL CEBADOR La aspiración se lleva a cabo manual o automáticamente por medio de una bomba de pistón de doble acción que trabaja en un baño del aceite. Un casquillo deslizante mueve el pistón de aleación ligera, fijado excéntricamente sobre un eje apoyado en un cojinete, accionado por el eje de la bomba por una correa trapezoidal o dentada. Las válvulas de aspiración y de presión están situadas concéntricamente, dando como resultado unas dimensiones muy compactas. Presión de aire: 0,975bar Velocidad del cebador: n=3.700min-1 to 4.000 min-1 temperatura del cebador: t= 25°C - 53°C Página 20 N/NH 35- EL CEBADOR Sección del cebador Línea de aspiración Carcasa Membrana de aspiración Membrana de aspiración Tapa membranas Línea de descarga Membrana de presión Excéntrica Carcasa cebador Membrana de presión Línea de descarga Página 21 N/NH 35- EL CEBADOR Página 22 N/NH 35- EL CEBADOR: PRINCIPIO DE TRABAJO El cebador esta conectado a la bomba por medio de una correa dentada, la cual se tensa por medio de un cable que actua sobre un rodillo tensor, asi el cebador se conecta y se ajusta a las revoluciones que tiene la bomba. Internamente cuando el cebador se conecta, una excentrica mueve dos pistones enfrentados.debido a este movimiento se produce alternativamente vacio y sobrepresion. Al producirse la aspiracion, el aire entra por la ventana que deja abierto e piston en su recorrido. Simultaneamente la otra membrana esta en fase de presion por lo que se despega de su base y expulsa el aire aspirado. Las membranas son de tipo diafragma. Página 23 N/NH 35- Llenados a traves de hidrante El llenado de la bomba se realiza a traves de las dos entradas de diametro 70 y racor Barcelona. La presion maxima de llenado sera de 8 bar. Para abrir la valvula de llenado pulsaremos el interruptor AUTO, la valvula se abrira y se cerrara automaticamente cuando llegue al 90% y se volvera a abrir automaticamente cuando baje de ¾. Si se quiere llenar la cisterna completamente habra que mantener pulsado el interruptor manual Página 25 N/NH 35- REFRIGERACION AUXILIAR Una cámara de agua que está conectada con el circuito de refrigeración del motor, rodea la bomba y previene la congelación durante el funcionamiento a bajas temperaturas exteriores y además sirve como refrigeración adicional del motor durante trabajos de bomba prolongados. Página 26 N/NH 35- DRENAJE DE LA BOMBA Dejar la bomba drenada en climas frios (invierno para evitar roturas por dilatacion en la carcasa) Dejar la bomba drenada cuando las aguas son malas para evitar las sedimentacion por estanqueidad DRENAJE Página 27 Digidos El sistema proporcionador de presión positiva más potente del mercado con la operación más sencilla del mercado. DIGIDOS – Digital Dosing (Dosificación digital) DIGIDOS 24 – Dosificación digital de espumógeno a 24 VDC DIGIDOS 16 – Dosificación digital de espumógeno a 12 VDC Página 28 Digidos El DIGIDOS es un proporcionador de espuma de inyeccion. Funcionamiento en baja presion sobre dos salidas. Posibilidad de graduar el porcentaje desde el 0,1% hasta el 6% 3 %. Funcionamiento utilizando el tanque de espuma o un bidon exterior. Posibilidad de utilizar diferentes espumas. Lectura en el panel de control del gasto instantaneo tanto de espuma como de agua y del gasto total una vez finalizada la actuacion. Página 29 Componentes del Digidos Página 30 Caracteristicas del Digidos Página 31 DIGIDOS – PRESIÓN NORMALFUNCIONAMIENTO NP QW PROPORCIÓN 0,X 0,5% % QSM E-MOTOR BOMBA ESPUMÓGENO QW = CAUDAL DE AGUA [l/min] QSM = CAUDAL DE ESPUMA [l/min] Página 32 DIGIDOS – ALTA PRESIÓN FUNCIONAMIENTO NP QW HP PROPORCIÓN 0,X 0,5% % QSM E-MOTOR BOMBA ESPUMA QW = CAUDAL DE AGUA [Ltr/min] QSM = CAUDAL DE ESPUMA [Ltr/min] Página 33 DIGIDOS – NORMAL- O ALTA PRESIÓN (OPCIÓN) NP QW HP QW NP HP PROPORCIÓN 0,X 0,5% % QSM BOMBA E-MOTOR ESPUMA QW = CAUDAL DE AGUA [l/min] QSM = CAUDAL DE ESPUMA[l/min] Página 34 Descripcion cuadro Digidos Nivel tanque espuma A Apertura tanque espuma A Nivel tanque espuma B Apertura tanque espuma B Succion externa Drenaje/limpieza de espuma Cebado del sistema digidos Conexión digidos de baja presion Salidas digidos Llenado tanque espuma A Llenado tanque espuma B Conexión digidos de alta presion Regulador de % de espumogeno display Página 37 Modo de operar el proporcionador DIGIDOS 1. Encender digidos: pulsar el interruptor 2. Seleccionar tanque espumogeno: de encencido, ver que el led de color rojo se queda encendido.no se notara nada mas que el led ya que el motor electrico no empezara a funcionar hasta que no se detecte caudal de agua por la salida del digidos Asegurese de donde se va a coger el espumogeno, si se utiliza la toma exterior asegurarse siempre de que en la garrafa hay espumogeno, el DIGIDOS no puede trabajar en seco. Si se trabaja desde el tanque el propio sistema tiene un modo de proteccion para cuando queda menos de un % que ya esta prefijado, el sistema te avisa de que cambies el modo de funcionamiento o se apagara autoamaticamente Página 38 Modo de operar el proporcionador DIGIDOS 3. Cebar el sistema: Mantener pulsado el interruptor que indica “AIR” para cebar el sistema. Se mantendra pulsado el tiempo neceraio para cebar el equipo Aprox 3-5 seg. En caso de que el operario se le olvide cebar el sistema no pasara nada, en cuanto empecemos a descargar agua por la salida del digidos, este automaticamente se pondra en marcha y seleccionara un % mayor que el prefijado para succionar antes el espumogeno, en el momento de tener ya espumogeno en el sistema se pondra a funcionar con el % seleccionado por el operario 4. Seleccionar porcentaje: Mediante la rueda giratoria podremos seleccionar el porcentage que deseemos, recordar que ya hay uno prefijado y del que partiremos cuando seleccionamos un tanque de espumogeno. 5. Descargar por la linea seleccionada: cualquiera de las dos lineas que tenemos disponibles, el proporcionador automaticamente aumentara o disminuira las revoluciones del proporcionador para conseguir la mezcla adecuada. Elcaudal minimo para que el digidos funcione es de 50 l/m Página 39 Limpieza del proporcionador DIGIDOS Una vez se haya terminado de usar el proporcionador hay que hacer la limpieza del sistema. La limpieza del sistema hay que hacerla con agua (limpieza húmeda) y con aire (limpieza seca) Para la limpieza del sistema seguiremos los siguientes pasos: 1. Desconectaremos el proporcionador de espuma, la limpieza se hara siempre con el proporcionador apagado, sino saldran mensajes en pantalla de que sera imposible hacer la limpieza 2. Desconectaremos el tanque de espumogeno seleccionado. 3. Activaremos el interruptor que pone digidos, este es el interruptor con el que se hara la limpieza, es el unico que tiene que estar activado en el cuadro del digidos. Página 40 Limpieza del proporcionador DIGIDOS 4. 5. Primero haremos la limpieza húmeda, para ello la bomba de agua NH-55 tiene que estar activada. El operario solamente tendrá que pulsar hacia dentro el potenciómetro donde regulábamos el % de espumogeno, el tiempo necesario para que se limpie todo el sistema, por la parte de abajo del camión podremos ver cuando nos sale agua limpia, cuando veamos que sale agua limpia la limpieza húmeda estará realizada. La limpieza seca la haremos después de haber realizado la limpieza con agua, para ello lo que el operario tiene que hacer es desconectar la toma de fuerza y actuar de la misma manera que con la limpieza húmeda, la única diferencia que notaremos es que por debajo del camión en vez de salir agua saldra aire, se dejara de pulsar y la limpieza estará terminada Página 41 Llenado de los tanques de espumogeno a traves del DIGIDOS Llenado del tanque A 1. 2. 3. 4. Colocar la garrafa con el espadin Selecciona la toma exterior Seleccionar el llenado del tanque A Automaticamente se pondra la bomba en funcionamiento e introducira el espumogeno en el deposito 5. Mediante este llenado el proporcionador se apagara automaticamente cuando el tanque este lleno Llenado del tanque B 1. 2. 3. 4. 5. Colocar la garrafa con el espadin Selecciona la toma exterior Seleccionar el llenado del tanque B Accional el pulsador AIR Este deposito se llena manualmenete, el proporcionador no para automaticamente Página 42 BOMBA FORESTAL PESADA 7. LA BOMBA BOMBA GODIVA P2A -3010 PRESTACIONES: Capacidad de Aspiración (Altura) Hasta 7,5m Tiempo de Cebado (EN1028) de 7,5 m