Hidráulica en el Trabajo de Bomberos de Chile (PDF)

Hidráulica en el Trabajo de Bomberos de Chile 

por Sebastián Meza Bordones

Junio 2014

Resumen

"Siendo el agua el elemento extintor por excelencia en el trabajo de bomberos, el estudio de los principios que rigen su comportamiento es esencial, donde uno de los puntos clave es la fricción  que se produce al interior de las mangueras, efecto que debe ser compensado con nuevas tecnologías y conocimiento de hidráulica para optimizar el uso del material disponible. Este informe contrasta la realidad del material de agua de 2” y 2 ¾” de la Segunda Compañía del Cuerpo de Bomberos de San Pedro de la Paz con respecto a dos ecuaciones que predicen la perdida de presión por fricción. La ecuación de Hazen-Williams (1914) y la Modern Fire Service Friction Loss Equation (2008).

Los resultados mostraron que las pérdidas en las mangueras de los bomberos de San Pedro de la Paz fueron mayores a las esperadas de los resultados de las ecuaciones mencionadas. Como lo es, por ejemplo, el caso de las mangueras de 2” a un caudal de 200 [gpm] donde en 100 [ft] se sufrió una pérdida de 4 [bar] en contraste a los 2.2 [bar] predicho por ambas ecuaciones, es decir un 82% más de lo esperado en solo 100 [ft]. Un examen más exhaustivo de los datos llevó a la conclusión de que la diferencia en los resultados se debía a un factor externo a las mangueras, específicamente la bomba, ya que el dato del primer tramo era el que presentaba la mayor perdida en todos los casos, sin embargo no seguía la misma tendencia en los posteriores tramos, la cual debía ser lineal con respecto a la longitud. Esto demostró que no solo basta considerar las especificaciones de las mangueras para compensar las pérdidas de presión por fricción, sino que otro punto importante es el estado de las mismas y la bomba."

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Hidráulica en el Trabajo de Bomberos de Chile: Hablemos de hidráulica

Antes de hablar del diseño los estaques, bombas, mangueras, etc. Debemos conocer los principios que sustentan el trabajo con el agua. Hablemos de hidráulica.

Hidráulica se le conoce al estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos, sin embargo en este caso nos concentraremos en un solo fluido, el agua. Dentro de las leyes que rigen a los fluidos tenemos el principio de Bernoulli, el cual describe el comportamiento de un fluido a través de un conducto o tubería, que en nuestro caso serán las mangueras, considerando datos de densidad, velocidad de flujo, presión y perdidas asociadas. Para analizar el trabajo de bomberos usaremos la ecuación de Bernoulli en términos de presión.

El primer término (ρv/2) está ligado al caudal o cantidad de masa de agua desalojada por unidad de tiempo (GPM o galones por minuto). Esto se regula en los pitones, que es el equipo que va al final de las mangueras, es donde el bombero da o corta el agua, además de poder regular el desalojo y el tipo de chorro. Teniendo el dato del caudal utilizado y conociendo el diámetro de las mangueras y densidad del agua, podemos determinar la velocidad del flujo de agua.

El segundo término (p) será la presión en el punto de estudio, los cuales serán generalmente la salida de la bomba como punto 1 y el pitón como punto 2. Los cuales pueden ser medidos con instrumentos.

El tercer término (ρgz) depende de la altura de nuestro punto de estudio, para usos prácticos se simplifica que por cada 10 metros de diferencia en altura entre los puntos de estudio, se pierde o gana 1 bar según corresponda.

Por último ρl̂_f corresponde a la perdida por roce y accesorios, estos han sido determinados experimentalmente por organismos expertos. Estos varían con la longitud de la línea de mangueras, caudal y accesorios en el circuito. En Chile se utilizan los datos obtenidos por la National Fire Protection Association o NFPA.

Además del principio de Bernoulli hay otros factores a considerar, como la masa del agua. Mover una manguera de 70mm cargada de agua está lejos de ser una tarea liviana, y es por ello que bomberos trabaja con distintos diámetros según la función que tendrá ese circuito de mangueras o armada. Generalmente se utilizan 3 diámetros, 70mm, 50mm y 38mm. Las primeras para alimentación o pitones monitores fijos de gran desalojo, es decir armadas que no requieren movilidad. Las segundas para armadas de ataque de poca movilidad, estas son las que cargan normalmente un par de bomberos al atacar un incendio de una casa. Y por último las de 38mm para incendios pequeños que requieren poco desalojo o armadas que requieren gran movilidad como son los incendios forestales de interface.

Con estos conocimientos, bomberos utiliza distintas tácticas y armadas según el tipo de siniestro y recursos disponibles. Ahora que sabemos un poco de hidráulica podremos entender y analizar cómo trabaja bomberos.

Sebastián Meza Bordones
Est. Ingeniería Civil Química, Universidad de Concepción

Bombero Voluntario, Segunda Cía Cuerpo de Bomberos de San Pedro de la Paz

Hidráulica en el Trabajo de Bomberos de Chile : Introducción

Voluntarios 1° y 2° Compañía
Cuerpo de Bomberos de Valparaiso

Bomberos de Chile nace en 1851 con la formación de su primer Cuerpo de Bomberos en la ciudad de Valparaíso, compuesto por miembros de la alta sociedad de la época, principalmente pertenecientes a colonias extranjeras, quienes tenían el poder adquisitivo para solventar los gastos necesarios para cumplir la labor. Hablamos de bombas manuales, uniformes, herramientas, entre otros. De ahí nace el nombre “Caballeros del fuego”, una de las tantas formas existentes de referirnos a los que son parte de esta hermandad.

Pedro Montt Montt

En 163 años, la institución ha sido casa de personas notables dentro de la historia del país como lo es, por ejemplo, Pedro Montt Montt, ex Presidente de la República y Voluntario de la Sexta Compañía del Cuerpo de Bomberos de Santiago. En los tiempos de hoy, es una institución transversal a las clases sociales, económicas y políticas. Manteniéndose como una organización sin fines de lucro y servicio completamente voluntario.

Así cómo evoluciona la estructura, también ha evolucionado la tecnología que utilizamos. Dejamos de lado las bombas manuales y los caballos para subirnos a grandes camiones equipados con estaques de agua, bombas automáticas y espacio para personal y equipo. Colgamos nuestras pesadas chaquetas de cuero por uniformes compuestos de aramidas resistentes a las altas temperaturas, como lo es Nomex, Kevlar y PBI. Guardamos la toalla mojada que nos cubría del humo por modernos equipos de respiración autónomos que nos permiten respirar en los ambientes más contaminados.

Además con la incorporación de estas nuevas tecnologías, se amplía la gama de emergencias a las que bomberos concurre, junto con el nacimiento de nuevas formas trabajo gracias a la capacitación, volviéndose cada año un servicio más técnico, especializado y profesional. Desde el uso de nuevas tácticas en el control de incendios estructurales y forestales basados en los principios de la termodinámica, hasta la formación de unidades especializadas en incidentes con materiales peligrosos (MATPEL o HAZMAT) y  trabajo en rescates de toda índole, como vehiculares, verticales, urbano, subacuático, minero, etc.

Sin embargo, hasta el día de hoy al escuchar la palabra bomberos lo primero que se nos viene a la mente es un bombero con una manguera lanzando agua a una casa en llamas. Esto no ha de extrañarle, puesto que bomberos ha utilizado este recurso natural desde sus inicios para combatir los incendios y lo sigue haciendo hasta el día de hoy. Entonces ¿Qué ha cambiado en el manejo del agua o por qué no se ha cambiado por otro medio de extinción?

Lo desglosaré en algunos puntos que desarrollaré más adelante.

• Fácil acceso al agua, con la existencia de una sistema de grifos conectada a la red de agua potable, además de la gran cantidad de fuentes de aguas abiertas disponibles, tanto artificiales como naturales, podemos decir que en general, conseguir agua no es un problema.
• Barata, convenientemente para nosotros el agua no ha llegado a un punto en que su uso en un siniestro signifique un gasto importante para las empresas abastecedoras de agua potable, por lo que se sigue distribuyendo de forma gratuita (sí, gratuita) a través de los grifos por parte de las empresas abastecedoras de agua potable.
• Por sus propiedades fisicoquímicas, el alto calor latente y de evaporación del agua lo hacen un excelente recurso capaz de absorber la gran carga calórica de un incendio. Además de su gran expansión volumétrica al evaporarse que permite no solo enfriar sino también sofocar los incendios.
• Fácil manejo, gracias a los avances en la tecnología tenemos la capacidad de transportar grandes cantidades de agua, obtenerla con mayor facilidad de diferentes fuentes y desalojarla con una mayor presión y caudal.

Es por ello que a pesar de los años, bomberos sigue controlando incendios con agua, aunque de manera más eficiente con su uso y manejo gracias a la investigación y capacitación en nuevas técnicas, además de los avances en la tecnología de bombas, materiales e implementos involucrados su manejo.

Sebastián Meza Bordones
Est. Ingeniería Civil Química, Universidad de Concepción

Bombero Voluntario, Segunda Cía Cuerpo de Bomberos de San Pedro de la Paz