💧 Tema 17: Hidráulica y bombas contra incendios

Consorcio Provincial para el Servicio de Prevención y Extinción de Incendios y Salvamento de Alicante · Bombero/a

Resumen

Tema 6 de conocimientos específicos de las bases (17 en la web). Es el tema más «de máquina» del bloque: entender el agua para saber qué presión dar en bomba, por qué una aspiración no tira o por qué una manguera da latigazos. Las fuentes que usamos son públicas y de bomberos: el manual de hidráulica del CEIS Guadalajara y la ponencia «Hidráulica» de Juan Miguel Suay Belenguer, técnico del propio Consorcio Provincial de Bomberos de Alicante, que además cita el manual del CEIS en varios apartados.

Características de los fluidos: la densidad es masa por volumen (kg/m³) y el peso específico, peso por volumen (N/m³); la densidad relativa compara con el agua a 4 °C y 1 atmósfera. La viscosidad es la oposición a las deformaciones tangenciales (el fluido ideal no la tiene): en los líquidos disminuye con la temperatura y en los gases aumenta, y un líquido más viscoso pierde más presión en las conducciones. La presión de vapor es la presión a la que líquido y vapor están en equilibrio; un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la exterior (a 100 °C la presión de vapor del agua es 1 atmósfera, 1,013 bar; la tabla del manual da 1,033, que es el valor de la atmósfera en kgf/cm²), y por eso cuenta en la aspiración. La tensión superficial del agua es alta por los puentes de hidrógeno.

Hidrostática (fluidos en reposo): la presión es fuerza entre superficie (pascal en el SI); se mide respecto del vacío (absoluta) o de la atmósfera (relativa o manométrica, la que marcan los manómetros). En un líquido en reposo la presión aumenta con la profundidad, es igual a la misma profundidad y no depende de la forma del recipiente. El principio de Pascal (la presión se transmite igual en todas direcciones) explica la prensa hidráulica y las herramientas de corte y separación; el de Arquímedes dice que un cuerpo sumergido recibe un empuje igual al peso del fluido desalojado.

Hidrodinámica (fluidos en movimiento): régimen laminar con Reynolds < 2 000 y turbulento con > 4 000 (el habitual en instalaciones de bomberos). La ecuación de continuidad (Q = S·v) dice que si se estrecha la sección, aumenta la velocidad; Bernoulli, que en un fluido ideal la suma de energía de presión, cinética y de posición es constante, así que donde sube la velocidad baja la presión (efecto Venturi, base de premezcladores y de un sistema de cebado); y Torricelli da la velocidad de salida por un orificio, v = √(2gh). El golpe de ariete es la sobrepresión que aparece al cortar bruscamente el caudal: se evita abriendo y cerrando lanzas y válvulas despacio (Suay: con un cierre de más de un segundo basta en las instalaciones habituales).

Instalaciones de extinción y cálculo: la ecuación de línea es PB = PL + HG + PC (presión en bomba = presión en lanza + desnivel + pérdidas de carga), contando 1 bar por cada 10 m de desnivel (10 m.c.a.). Las pérdidas de carga continuas crecen linealmente con la longitud, con el cuadrado del caudal (doble caudal, cuatro veces más pérdida) y con la quinta potencia al reducir el diámetro, además de con la rugosidad y la viscosidad; las locales (bifurcaciones, reducciones, lanzas) suelen ser mucho menores. Para el cálculo se usan tablas de los fabricantes o fórmulas como la de Darcy-Weisbach.

Punto de funcionamiento: la bomba tiene su curva característica (altura manométrica máxima con caudal nulo, que baja al abrir) y la instalación la suya (altura geométrica + pérdidas, que sube con el caudal). Donde se cortan está el punto de funcionamiento. Las bombas de bomberos llevan acelerador, así que cada régimen de giro da una curva: según las leyes de semejanza que expone Suay, el caudal varía con las r.p.m., la altura con su cuadrado y la potencia con su cubo. Acoplar bombas en serie suma alturas con el mismo caudal (grandes alturas) y en paralelo suma caudales con la misma altura.

La bomba contra incendios es centrífuga: transforma la energía mecánica del motor en energía hidráulica. Sus partes (Suay): entrada unida al mangote, rodete con álabes que acelera el agua, difusor que frena el agua y convierte velocidad en presión, y voluta que la lleva a la salida; los vehículos tienen bombas multicelulares con gamas de baja y alta presión. La norma europea de bombas centrífugas contra incendios es la UNE-EN 1028. En aspiración, lo que sube el agua es la presión atmosférica: el máximo teórico son 10,33 m, pero en la práctica se queda en 7-8 m. Como la centrífuga apenas aspira aire, hay que cebarla: por eyector de gases (Venturi con el escape, típico de motobombas), depresor de vacío, anillo de agua, pistones o bombas autocebantes; cebada la bomba, se desconecta el sistema de cebado.

La cavitación es la vaporización del agua a la entrada del rodete cuando la presión baja por debajo de su presión de vapor; las burbujas implosionan al llegar a zonas de más presión (el vapor ocupa unas 1 700 veces más), con ruido como de grava, pérdida de caudal y picaduras en los álabes. Se evita reduciendo la altura de aspiración o el caudal y aumentando la sección de los mangotes (condición técnica: NPSH disponible mayor que el requerido). Material de achique (manual del CEIS): la electrobomba sumergible (220-240 V, se baja atada con un cabo; el Consorcio prohíbe usarla en ambientes explosivos o con líquidos inflamables), la motobomba portátil (motor de explosión, 30-50 kg, de presión o de caudal, hasta 1 000-1 200 l/min), la motobomba «rana», que flota y no necesita cebado, y la turbobomba, movida por el agua del camión e imprescindible con aspiraciones de más de 8 m.

Claves para el examen

• Viscosidad: oposición a deformaciones tangenciales; en líquidos baja con la temperatura.
• Densidad relativa: patrón agua a 4 °C y 1 atm.
• Hervir: presión de vapor = presión exterior.
• Presión hidrostática: solo depende de la profundidad.
• Pascal → prensa y herramientas hidráulicas; Arquímedes → empuje = peso del fluido desalojado.
• Reynolds: laminar < 2 000; turbulento > 4 000.
• Continuidad Q = S·v; Venturi → premezcladores y cebado por eyector.
• Golpe de ariete: abrir y cerrar despacio.
• Ecuación de línea: PB = PL + HG + PC; 10 m de desnivel = 1 bar.
• Pérdida de carga: ∝ longitud, ∝ caudal², ∝ 1/diámetro⁵.
• Punto de funcionamiento = corte curva bomba y curva instalación.
• Semejanza: Q ∝ N, H ∝ N², P ∝ N³.
• Serie suma alturas; paralelo suma caudales.
• Aspiración: 10,33 m teórica, 7-8 m práctica.
• Turbobomba si aspiración > 8 m; rana sin cebado; electrobomba nunca con inflamables.

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