🚰 Tema 25: Hidráulica para bomberos y bombas

Gobierno de Cantabria · Servicio de Emergencias de Cantabria · Bombero/a (Cuerpo Técnico Auxiliar de Prevención, Extinción de Incendios y Salvamento)

Resumen

Tema 15 de las materias específicas de la Orden PRE/76/2024 (BOC núm. 171, de 04/09/2024), que es el programa de tu convocatoria; aquí es el 25. El epígrafe oficial dice: «Hidráulica para bomberos, conceptos elementales de mecánica de fluidos, unidades, bombas contra-incendios.» Se estudia con la norma vigente y, en la parte técnica, con los manuales públicos de formación de bomberos.

La viscosidad (μ) es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales y se debe a la cohesión molecular; solo se manifiesta con el líquido en movimiento y se define como la relación entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad (viscosidad dinámica o absoluta). Un fluido ideal carece de viscosidad. Según la ley de Newton de la viscosidad, la resistencia crece con la velocidad de deformación (la cuchara en el tarro de miel). La capa límite explica que la lámina de fluido pegada a una pared tiene su misma velocidad. La viscosidad depende sobre todo de la temperatura: en los gases aumenta con ella, al contrario que en los líquidos. Un líquido más viscoso pierde más presión en las conducciones.

La presión de vapor es, para una temperatura dada, la presión a la que líquido y vapor están en equilibrio dinámico. Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la presión exterior: si baja la presión externa, baja el punto de ebullición. El agua tiene una presión de vapor de 0,0173 kgf/cm² a 15 °C y de 1,033 kgf/cm² a 100 °C, y hay que tenerla en cuenta al aspirar con bombas para evitar la cavitación. La tensión superficial es la energía necesaria para aumentar la superficie de un líquido por unidad de área; en el agua es alta por los puentes de hidrógeno, explica la forma esférica de las gotas y, junto a la adherencia a los sólidos, la capilaridad.

La ecuación fundamental de la hidrostática dice que la presión en un fluido en reposo aumenta con la profundidad, es igual en todos los puntos a la misma profundidad (vasos comunicantes), no depende de la forma del recipiente y actúa perpendicular a las superficies. El principio de Pascal: la presión aplicada a un fluido en equilibrio en un recipiente indeformable se transmite con la misma intensidad en todas direcciones; en la prensa hidráulica, F1/S1 = F2/S2, de modo que una fuerza pequeña en el émbolo pequeño da una grande en el grande, y en él se basan los equipos de corte y separación. El principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido que desaloja, que depende de la densidad del líquido y del volumen sumergido, no de la presión.

El principio de Bernoulli dice que en un fluido ideal la suma de energía de presión, cinética y potencial es constante a lo largo de la conducción: en un tramo horizontal que se estrecha sube la velocidad y baja la presión; si la sección no cambia y se gana altura, la energía potencial crece a costa de la presión. El teorema de Torricelli, aplicación de Bernoulli, da la velocidad de salida por un orificio igual a la de caída libre desde la superficie libre (v = √(2gh)); el caudal real de una lanza es menor por la contracción de la vena líquida (factor K entre 0,9 y 0,98). El efecto Venturi es la bajada de presión al aumentar la velocidad en un estrechamiento y es la base de pulverizadores y premezcladores de espumógeno.

El golpe de ariete (pulso de Zhukowski) es la sobrepresión y posterior depresión que aparece en una tubería al variar bruscamente el caudal, por ejemplo al cerrar de golpe una válvula o una lanza: las partículas que se paran son empujadas por las que vienen detrás, la onda de presión recorre la tubería a gran velocidad (del orden de la del sonido en el agua, algo menos por la elasticidad de la tubería), comprime el líquido y dilata la tubería, y luego rebota como depresión. Puede romper los conductos, por eso las lanzas y válvulas se abren y cierran despacio.

Una bomba centrífuga transforma la energía mecánica del motor en energía hidráulica: los álabes del rodete aumentan la velocidad del agua y, como dentro no hay cámaras cerradas, el agua pasa por el difusor, donde parte de esa velocidad se convierte en presión. El aumento de energía entre la aspiración y la impulsión, expresado como presión, es la altura manométrica (Hm); la potencia transferida al agua es la potencia útil, y el rendimiento (η) es la relación entre la potencia útil y la consumida por el motor.

La curva característica, que obtiene el fabricante de forma experimental cerrando poco a poco una válvula a la salida, pone el caudal en el eje de abscisas y en ordenadas la altura manométrica, la potencia consumida o el rendimiento. La altura manométrica es máxima con caudal nulo (válvulas cerradas) y baja al aumentar el caudal. El punto óptimo es el de mayor rendimiento, y en él se fijan el caudal y la presión nominales de la bomba. A diferencia de muchas bombas industriales de régimen fijo, las de bomberos tienen acelerador: regulando las revoluciones (no suelen pasar de 5.000 r.p.m.) se obtiene una familia de curvas y se ajustan presión y caudal.

Claves para el examen

• Hidrostática: fluidos en equilibrio. Hidrodinámica: fluidos en movimiento.
• Masa: escalar, kg. Peso: vectorial. Densidad ρ en kg/m³; peso específico γ en N/m³.
• Sustancia patrón de la densidad relativa: agua a 4 °C y 1 atm. Mercurio 13,6.
• Viscosidad: en los gases sube con la temperatura, en los líquidos baja.
• Un líquido hierve cuando su presión de vapor iguala la presión exterior.
• 1 atm = 760 mm Hg = 1,033 kg/cm² = 10,33 m.c.a. 1 bar = 100.000 Pa.
• Absoluta = relativa + atmosférica. Los manómetros miden la relativa.
• La presión depende de la profundidad, no de la forma del recipiente.
• Pascal: la presión se transmite igual en todas direcciones (prensa, cizallas y separadores).
• Arquímedes: empuje igual al peso del fluido desalojado.
• Reynolds: laminar < 2.000; transición 2.000-4.000; turbulento > 4.000.
• Continuidad: Q = S · v constante; menos sección, más velocidad.

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