Fórmula de pérdida por fricción de mangueras contra incendios: coeficientes, ejemplos y presión de la bomba

Una línea de ataque de 200 pies con una manguera de 1,75 pulgadas que fluye a 150 galones por minuto quema aproximadamente 70 psi antes de que el agua llegue a la boquilla. Los operadores de bombas que se saltan ese número generalmente lo descubren mediante un chorro corto y débil y muchas conjeturas sobre el acelerador. La herramienta que lo predice es una multiplicación: FL = C x Q^2 x L, donde FL es la pérdida por fricción en psi, C es un coeficiente establecido por el diámetro y el revestimiento de la manguera, Q es el flujo en cientos de galones por minuto y L es la longitud de la manguera en cientos de pies.

Lo que sigue es cómo se comporta la fórmula unidad por unidad, qué coeficientes se aplican a los tamaños de mangueras comunes, cómo el resultado se convierte en una presión de descarga de la bomba y dónde los adaptadores, reductores y distribuidores cambian silenciosamente la respuesta.

Fórmula de pérdida por fricción de mangueras contra incendios, unidad por unidad

La pérdida por fricción es la presión gastada en la turbulencia y el arrastre cuando el agua se desliza a lo largo del revestimiento de la manguera. Se eleva en línea recta con la longitud y con el cuadrado del flujo, razón por la cual un modesto aumento en galones por minuto puede consumir una gran parte de la producción de la bomba.

• FL es la pérdida por fricción en psi para la sección de manguera que se está calculando.
• C es el coeficiente de pérdida por fricción, un valor publicado vinculado al diámetro y la construcción de la manguera.
• Q es el flujo en cientos de galones por minuto, por lo que 150 gpm se convierten en 1,5 y 250 gpm se convierten en 2,5.
• L es la longitud en cientos de pies, por lo que 200 pies se convierten en 2.

Ejemplo resuelto: 200 pies de manguera de 1,75 pulgadas a 150 gpm. Q es 1,5, por lo que Q al cuadrado es 2,25 y L es 2. FL = 15,5 x 2,25 x 2, lo que equivale a 69,75 psi, o aproximadamente 70 psi.

Dos comportamientos se desprenden directamente de esa aritmética. Duplique la longitud de la manguera y la pérdida se duplica. Duplica el flujo y la pérdida se cuadruplica, porque el término de flujo está al cuadrado.

Coeficientes de pérdida por fricción para tamaños de mangueras comunes

Los valores C publicados provienen de pruebas de flujo en construcciones de mangueras específicas. Las figuras siguientes son los valores de planificación más utilizados para mangueras contra incendios revestidas y funcionan bien como punto de partida para los cálculos de distribución.

La tabla explica por qué las mangueras de gran diámetro dominan el trabajo de suministro. Mover 200 gpm a través de una manguera de 1,75 pulgadas cuesta alrededor de 62 psi por 100 pies. Mover ese mismo flujo a través de una manguera de 4 pulgadas cuesta menos de 1 psi.

Convertir la pérdida por fricción en presión de descarga de la bomba

La figura del panel de la bomba sigue una suma simple: la presión de descarga es igual a la presión de la boquilla más la pérdida por fricción más la ganancia de elevación más la pérdida del aparato.

1. Presión de la boquilla: normalmente 50 psi para un orificio liso y 100 psi para una boquilla antiniebla o ajustable.
2. Pérdida por fricción: la fórmula anterior, aplicada a cada sección de manguera en el diseño.
3. Elevación: aproximadamente 0,5 psi por pie de elevación, o aproximadamente 5 psi por piso de un edificio típico.
4. Pérdida de electrodomésticos: alrededor de 10 psi por estrella o distribuidor y, a menudo, 25 psi para una conexión de tubo vertical.

Ejemplo uno: 200 pies de manguera de 1,75 pulgadas a 150 gpm con una boquilla de niebla a 100 psi en terreno nivelado dan 100 70 o 170 psi en el panel.

Ejemplo dos: el mismo flujo a través de 200 pies de manguera de 2,5 pulgadas. FL = 2 x 2,25 x 2 = 9 psi, por lo que la cifra del panel es 100 9 o 109 psi.

Misma corriente, 61 psi menos en la bomba. La diferencia no es la boquilla ni la bomba; es el orificio de la manguera que transporta el agua.

Adaptadores, reductores y acoplamientos cambian la respuesta

La pérdida por fricción vive dentro de la manguera, pero se controla en las conexiones. Cualquier componente que estreche el canal añade una caída de presión local, y cualquier componente que reduzca el diámetro efectivo a lo largo de una sección de manguera cambia el valor C utilizado para esa sección.

Un paso hacia abajo de 1 3/4 de pulgada a 1 1/2 pulgada aumenta el coeficiente de 15,5 a 24, aproximadamente un 55 por ciento más de pérdida con el mismo flujo. Por lo tanto, un adaptador reductor en la salida del panel de la bomba o en la entrada de la boquilla no es un hardware neutral a la presión. Es un intercambio deliberado de presión por la compatibilidad de la interfaz.

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Del lado de la oferta, las recompensas aritméticas fueron aburridas. Un acoplamiento de gran diámetro que mantiene todo el canal abierto a través de la conexión preserva el bajo valor C de la manguera detrás de él, que es exactamente lo que exigen largos tramos y altos flujos.

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Cuando un distribuidor divide el flujo

Un distribuidor de dos vías no reduce a la mitad la pérdida por fricción. Antes de la división, la línea de suministro lleva la suma de ambos flujos, y ese total es lo que entra en la fórmula. Dos líneas de ataque de 150 gpm alimentadas desde una línea de suministro significan 300 gpm, o una Q de 3, en el cálculo de suministro. Para 200 pies de manguera de suministro de 2,5 pulgadas, la pérdida es de 2 x 9 x 2, o 36 psi, incluso antes de considerar cualquiera de las líneas de ataque. Agregue la pérdida del aparato del distribuidor y la presión del panel aumenta aún más.

Cinco errores de pérdida por fricción que aparecen en el lugar del incendio

1. Usando gpm en lugar de cientos de gpm. Ingresar 150 en lugar de 1,5 infla el resultado cien veces y envía la presión del panel a una cifra sin sentido.
2. Olvidando la elevación. Una elevación de 40 pies agrega aproximadamente 20 psi, y un diseño de tubo vertical o debajo del nivel del suelo cambia el signo de ese término.
3. Tratar el coeficiente publicado como exacto. Las mangueras viejas, las mangueras retorcidas, los revestimientos dañados y los acoplamientos restringidos hacen que las pérdidas reales superen el valor calculado, razón por la cual muchos departamentos agregan un margen del 10 al 15 por ciento en tendidos largos.
4. Ignorar la pérdida del aparato. Cada dispositivo entre la bomba y la boquilla consume una presión que la fórmula de fricción no incluye.
5. Reutilizar una configuración de bomba de un diseño diferente. Una configuración que funciona para 200 pies de manguera de 1,75 pulgadas es incorrecta para 300 pies y vuelve a ser incorrecta si se cambia la boquilla.

La presión de la boquilla se mantiene dentro del mismo presupuesto

La presión de la boquilla no es una pérdida por fricción, pero las dos compiten por la misma potencia de la bomba. Una boquilla con capacidad de 100 psi necesita 100 psi en su entrada, y cada psi perdido en la manguera sale del alcance y penetración del chorro.

Las boquillas ajustables normalmente funcionan a 100 psi y cambian entre patrones de chorro recto, niebla estrecha y niebla amplia. Cada patrón cambia el flujo efectivo y, por lo tanto, la pérdida por fricción aguas arriba, razón por la cual una configuración de bomba copiada de una perforadora de flujo directo puede decepcionar una vez que se abre el patrón. Para obtener información sobre cómo se comportan esos patrones, consulte los modos de pulverización de la boquilla ajustable .

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Los dispositivos de chorro recto y de orificio liso son menos sensibles a este efecto, porque su flujo se establece mediante el diámetro de la boquilla y la presión de entrada en lugar de mediante un patrón ajustable.

Atajos de campo y cómo verificar el número

Los operadores de bombas rara vez se multiplican en sus cabezas a las tres de la mañana. Vale la pena memorizar un atajo útil para mangueras de 1,75 pulgadas: alrededor de 15 psi por 100 pies a 100 gpm, 35 psi a 150 gpm y 62 psi a 200 gpm. Para una manguera de 2,5 pulgadas, los mismos flujos cuestan aproximadamente 2, 4,5 y 8 psi por 100 pies.

La verificación es sencilla en un campo de entrenamiento. Establezca un flujo conocido con un medidor de flujo en línea, lea la presión en la bomba y en la entrada de la boquilla y reste. Después de ajustar por elevación, la diferencia es la pérdida por fricción real de esa manguera con ese flujo. Compararlo con el valor calculado muestra si el coeficiente publicado todavía se ajusta a la manguera en servicio.

Al realizar esa verificación una vez al año se detecta desgaste del revestimiento, cambios en las longitudes de los acopladores y cualquier restricción introducida por un acoplamiento o adaptador que se cambió sin revisión.

Especificación de mangueras, acoplamientos y adaptadores teniendo en cuenta la presión

La fórmula premia tres hábitos de especificación. Mantenga el orificio de trabajo tan grande como lo permita la operación, evite reducciones innecesarias entre la bomba y la boquilla y confirme que cada acoplamiento y adaptador coincida tanto con la manguera como con la rosca o el estándar de bloqueo en uso.

Este último punto es más importante en proyectos internacionales, donde Storz, Machino, NH y otros patrones aparecen uno al lado del otro. Un adaptador que supera los estándares sólo es útil si su canal coincide con la manguera a la que se une, porque un diámetro restringido se comporta exactamente como una manguera más pequeña en el cálculo.

Si el presupuesto de presión tiene que mantenerse en el campo, vale la pena confirmar las dimensiones y los requisitos de flujo antes de ordenar el hardware. Compartir las condiciones de funcionamiento con el equipo de ingeniería. y verifique los números con los componentes reales en lugar de con una tabla genérica. La fórmula sigue siendo la misma; solo cambian las entradas.