💦 Tema 18: Hidráulica y bombas contra incendios

Diputación de Granada · Agencia Provincial de Extinción de Incendios (APEI) · Bombero/a

Resumen

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 incendios del CEIS Guadalajara (parte 2, «Hidráulica») y su manual de equipos para intervenciones en agua.

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). 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 de forma lenta y controlada.

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. Como son difíciles de evaluar, para el cálculo se recurre a tablas o gráficas experimentales.

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 distinta (una familia de curvas que sube o baja con las r.p.m., que no suelen pasar de 5 000) y, con ella, un punto de funcionamiento distinto. 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. Primero unos álabes giratorios (el rodete), movidos por el motor, aumentan la velocidad del agua; después, en la zona del difusor, parte de esa velocidad se transforma en presión. La norma de las bombas centrífugas contra incendios con cebador 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 los gases de escape del motor), 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. Material de achique (manual del CEIS): la electrobomba sumergible (220-240 V; se asienta sobre una base firme, con la boca de aspiración separada del fondo, y se baja atada con un cabo), 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.
• Bomba de bomberos: con acelerador; cada régimen de r.p.m. da su curva y su punto de funcionamiento.
• Serie suma alturas; paralelo suma caudales.
• Aspiración: 10,33 m teórica, 7-8 m práctica.
• Turbobomba si aspiración > 8 m; rana sin cebado; electrobomba a 220-240 V, atada con un cabo.

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