Explicación de los coeficientes de las mangueras contra incendios: valores de pérdida por fricción y presión real de la bomba

Dos operadores de bombas llegan al mismo edificio de tres pisos y hacen funcionar la misma boquilla en la misma configuración. Uno tiene alrededor de 50 psi más en el medidor de descarga y ninguno puede explicar por qué. La mayoría de las veces la respuesta no es la bomba ni el motor. Es la manguera, y concretamente el coeficiente que se le asigna.

Aquí está la conclusión primero. El coeficiente de una manguera contra incendios es un número único que describe cuánta presión consume una sección de manguera de 100 pies cuando el agua se mueve a través de ella a 100 galones por minuto. Multiplique ese número por el cuadrado del flujo y por la longitud en cientos de pies y obtendrá la pérdida por fricción. Cada gráfico, atajo de campo y argumento sobre líneas de ataque de 1,75 pulgadas frente a 2 pulgadas surgen de esa relación.

La consecuencia práctica es simple. Si no conoce el coeficiente de la manguera que realmente lleva, está adivinando la presión de la bomba. Esa suposición se mantiene hasta que la línea se alargue, el flujo aumente o la manguera envejezca.

Lo que realmente le dice un coeficiente de manguera

La fórmula de pérdida por fricción utilizada en los servicios de bomberos de América del Norte es lo suficientemente breve como para memorizarla. FL es igual a C multiplicado por Q al cuadrado multiplicado por L. FL es la pérdida por fricción en psi. Q es el flujo en cientos de galones por minuto, por lo que 250 gpm se convierten en 2,5. L es la longitud en cientos de pies, por lo que 200 pies se convierten en 2. C es el coeficiente y es el único término de la ecuación que describe la manguera en sí en lugar de cómo la estás usando.

Esto es importante porque el flujo y la longitud se deciden en el panel de la bomba, mientras que el coeficiente es una propiedad de la manguera que se encuentra en el lecho. Lleva el diámetro interior, el estado del revestimiento, la rugosidad de la camisa que presiona contra el agua y la turbulencia creada en cada curva y acoplamiento a lo largo de la línea.

Dos líneas, ambas etiquetadas con 2,5 pulgadas, pueden contener coeficientes diferentes. La manguera nueva revestida de caucho y la manguera de quince años del mismo tamaño nominal no se comportan igual, incluso cuando la impresión en la cubierta es idéntica.

Valores de coeficiente estándar por tamaño de manguera

La mayor parte del material de capacitación en los Estados Unidos utiliza los valores publicados por IFSTA y la Academia Nacional de Bomberos. Son un punto de partida razonable y se citan lo suficiente como para que todos en el lugar del incendio trabajen con los mismos números.

Las dos últimas columnas muestran lo que hace el coeficiente en la práctica. Duplicar el flujo no duplica la pérdida, sino que la multiplica por cuatro, porque Q es al cuadrado. Una línea de 2 pulgadas a 200 gpm pierde 32 psi por cada cien pies, mientras que la misma línea a 100 gpm pierde sólo 8 psi.

Un ejemplo resuelto que puedes repetir en el lugar del incendio

Tome 200 pies de manguera de 2 pulgadas que fluyan 250 gpm. Q es 2,5, L es 2 y C es 8.

FL es igual a 8 x 2,5 x 2,5 x 2, lo que equivale a 100 psi.

Ahora agregue el resto del sistema. Una boquilla de niebla con capacidad de 100 psi necesita 100 psi en la punta. Diez pies de elevación cuestan aproximadamente 4,3 psi, por lo que una boquilla para el tercer piso agrega aproximadamente 13 psi. Una estrella o un distribuidor agrega otros 10 a 25 psi según el aparato y el flujo.

La presión de descarga de la bomba es igual a 100 más 100 más 13 más 10, o 223 psi.

Cambie a una manguera de 2,5 pulgadas y la aritmética cambiará por completo. Los mismos 250 gpm en los mismos 200 pies pierden 2 x 6,25 x 2, o 25 psi. Esto supone un ahorro de 75 psi en una línea y es el caso completo para mangueras de gran diámetro en un solo cálculo.

Donde el coeficiente comienza a variar

Las tablas publicadas asumen manguera nueva, limpia y completamente revestida. La manguera de campo es diferente y varios factores hacen que las pérdidas reales superen el valor de la tabla.

• Edad de la manguera y condición del revestimiento. La separación del revestimiento, el moho y la abrasión aumentan la rugosidad efectiva. No es inusual una penalización del veinte por ciento en una línea más antigua de 1,75 pulgadas.
• Diámetro interno real. Los tamaños nominales son aproximados y la pérdida de presión aumenta aproximadamente con la inversa de la quinta potencia del diámetro, por lo que una manguera ligeramente más pequeña cuesta más de lo que la mayoría de los operadores esperan.
• Temperatura del agua. El agua fría es más viscosa y requiere unos cuantos psi adicionales en una línea larga.
• Disposición. Los dobleces, las curvas cerradas en las esquinas y las mangueras atascadas debajo de una puerta se comportan como una longitud adicional que nunca aparece en su medida.

Los puntos de conexión merecen su propia nota. Un acoplamiento correctamente acoplado añade una pequeña pérdida local, y una junta ensamblada con una junta torcida o una cabeza parcialmente asentada añade considerablemente más. Una junta doblada se lee en el medidor como un problema de coeficiente incluso cuando la manguera en sí está bien. El montaje correcto se trata en esta guía para Cómo se debe conectar una junta de manguera contra incendios .

Cómo los acoplamientos, adaptadores y electrodomésticos añaden pérdidas ocultas

Cada dispositivo entre la bomba y la boquilla tiene su propia pérdida y el método del coeficiente no la incluye. La tabla describe la manguera. No dice nada sobre los herrajes atornillados en los extremos.

Los adaptadores son los que más sorpresas causan. Pasar de un estándar nacional a otro, por ejemplo, conectar una línea Storz a una entrada Machino, requiere un adaptador con su propia geometría interna. Un buen adaptador es corto, liso y de diámetro total. Uno pobre desciende por la sección transversal y ese escalón se comporta como un tramo de manguera más pequeño. En una línea de suministro de 500 gpm, un adaptador que estrecha el orificio en un cuarto de pulgada puede costar más presión que 50 pies de la manguera a la que está conectado.

La regla práctica es elegir un adaptador cuyo diámetro coincida con la más pequeña de las dos mangueras y evitar apilar dos adaptadores donde uno basta.

Acoplamientos adaptadores Storz: Machino macho para conversión de interfaz estándar Los acoplamientos adaptadores macho Machino se conectan o convierten entre estándares de ajuste; seleccione el orificio para la manguera más pequeña y evite apilar adaptadores donde uno sea suficiente. Ver producto →

Reglas de campo que mantienen las matemáticas honestas

Una vez que la idea del coeficiente está clara, un puñado de reglas cubren la mayoría de las situaciones reales.

1. Escribe la suma. La presión de descarga de la bomba es igual a la presión de la boquilla más la pérdida por fricción más la elevación más la pérdida del aparato. La falta de un término es la causa más común de una transmisión débil.
2. Respeta la plaza. Cualquier cambio en el flujo mueve la pérdida por fricción al cuadrado de la relación. Elevar una línea de 150 a 200 gpm aumenta la pérdida en aproximadamente un 78 por ciento.
3. Divide líneas paralelas antes de calcular. Dos líneas siameses iguales transportan cada una la mitad del flujo total y cada una pierde un cuarto de la presión que perdería una sola línea que transporta el flujo total.
4. Mantenga un coeficiente de trabajo para cada tipo de manguera en su inventario, no solo para cada tamaño.
5. Vuelva a calcular después de cualquier cambio de hardware. Un nuevo aparato, boquilla o adaptador cambia el sistema, no solo la manguera.

La elección de la boquilla pertenece a esta aritmética porque la boquilla establece el flujo. Una boquilla que sea fácil de bombear en exceso, o una que permita a un operador cambiar el flujo sin avisarle a nadie en el panel, modifica el término de pérdida por fricción más que cualquier otra decisión. Los patrones ajustables con ajustes de flujo claramente marcados eliminan la mayor parte de esa ambigüedad.

Boquilla contra incendios Boquilla ajustable Storz con control de flujo y patrones de rociado La boquilla ajustable contra incendios ofrece múltiples patrones de rociado, válvula de encendido/apagado rápido, uso sin retroceso y compatibilidad con múltiples interfaces; Los ajustes de flujo marcados ayudan a reducir la ambigüedad del panel. Ver producto →

Hardware que mantiene predecibles las matemáticas de coeficientes

Hay un límite en la cantidad de esto que puedes arreglar desde el panel de la bomba. El resto debe integrarse en el hardware, y ahí es donde el control del orificio y la tolerancia de fabricación se mantienen.

Un acoplamiento que mantiene un verdadero diámetro total, tiene una transición interna suave y lleva una junta que se asienta sin plegarse, produce una pérdida cercana al valor teórico para su diámetro. Un acoplamiento que es de tamaño insuficiente, que no es redondo o que está equipado con una pieza fundida en bruto agrega una caída de presión que ningún gráfico podrá predecir.

Esta es también la razón por la que son importantes las familias de acoplamientos estandarizados. Una cabeza Storz, un acoplamiento Machino, una rosca NH o un acoplamiento John Morris tienen cada uno un diámetro y perfil definidos, por lo que un ingeniero puede calcular el sistema y esperar que el hardware coincida con el cálculo. A veces es inevitable mezclar estándares, pero debe hacerse con un adaptador especialmente diseñado en lugar de una pila de accesorios improvisados.

En líneas de suministro y retransmisión de gran diámetro, el término coeficiente domina todo el cálculo de la presión de la bomba, por lo que la diferencia entre un acoplamiento bien mecanizado y uno marginal aparece directamente en el manómetro. Si la caída de presión en ese tipo de línea es la preocupación, vale la pena hablar sobre el diseño con el proveedor antes del pedido y no después del primer simulacro.

Acoplamiento de manguera contra incendios Storz grande para líneas de suministro y retransmisión Acoplamiento Storz grande para líneas de alimentación y relés; Accesorio de tubo de escape dentado o acanalado, tamaños DIN de hasta 12 pulgadas, materiales y clasificaciones de presión personalizables. Ver producto →

Los coeficientes de las mangueras contra incendios no son complicados. Son un número por tipo de manguera, aplicados mediante una fórmula con tres términos. Lo que requiere experiencia es saber cuándo ese número deja de ser cierto, lo que suele ocurrir cuando la manguera es vieja, el diámetro no es el que dice la cubierta o el hardware entre la bomba y la boquilla restringe silenciosamente el flujo.

Obtenga el coeficiente correcto para la manguera que realmente lleva, agregue honestamente los términos de boquilla, elevación y aparato, y la presión de la bomba dejará de ser una suposición. El indicador todavía te sorprenderá de vez en cuando, pero te sorprenderá por una razón que podrás encontrar.