🚒 Tema 14: Instalaciones hidráulicas de extinción: bombas centrífugas y curvas

Consell Insular de Mallorca · Bombers de Mallorca · Bombero/a conductor/a

Resumen

La bomba centrífuga convierte la energía mecánica del motor en energía hidráulica: los álabes del rodete aceleran el agua y, al no haber cámaras cerradas, el difusor transforma parte de esa velocidad en presión. El aumento de energía entre la boca de aspiración y la de impulsión, expresado como presión, es la altura manométrica (Hm); la potencia que recibe el agua es la potencia útil y el rendimiento (η) es la relación entre la potencia útil y la que consume el motor. Todo esto está en el capítulo «Técnicas» de la parte de hidráulica del Manual de incendios del CEIS Guadalajara, que completa el capítulo de bombas centrífugas del Manual de equipos operativos.

Curvas características de la bomba: con el caudal en el eje de abscisas como variable independiente, se dibujan la altura manométrica, la potencia consumida y el rendimiento. La altura manométrica es máxima con caudal nulo (válvulas cerradas) y va bajando a medida que se abren las válvulas y crece el caudal. El punto óptimo de funcionamiento es el de mayor rendimiento y en él se fijan los valores nominales (caudal y presión nominal). Las obtiene el fabricante de forma experimental, cerrando poco a poco una válvula a la salida. En las bombas de bomberos el acelerador permite variar las revoluciones (no suelen pasar de 5.000 r.p.m.), así que en vez de tres curvas hay tres familias de curvas que suben o bajan con las revoluciones. El manual de equipos recomienda trabajar entre el 60 y el 120 % del caudal del punto de máximo rendimiento.

Aspiración: el agua no sube por la «fuerza» de la bomba, sino empujada por la presión atmosférica. La altura teórica máxima es 10,33 metros, pero en la práctica queda entre 7 y 8 metros porque la presión atmosférica puede ser menor de 1 atmósfera (altitud y tiempo), el agua caliente tiene más presión de vapor, el vacío no es perfecto y hay pérdidas de carga en mangotes y alcachofa. La centrífuga apenas aspira, por lo que hay que cebarla: llenar de agua la aspiración y el cuerpo de bomba hasta que el agua toque el rodete (girar en vacío la averiaría, sin lubricación ni refrigeración). Sistemas de cebado: eyector de gases de escape (efecto Venturi), depresor de vacío con bomba de vacío eléctrica, anillo de agua, bombas autocebantes con depósito propio y bomba de pistones. Una vez cebada, el sistema de cebado se desconecta.

Cavitación: cuando en algún punto (entrada y extremos del rodete) la presión baja de la presión de vapor, el agua hierve a temperatura ambiente, forma burbujas (el agua aumenta unas 1.700 veces su volumen al vaporizarse) y estas implosionan al llegar a zonas de más presión, con presiones locales que pueden llegar a 1.000 kg/cm², picaduras, ruido de «grava» y vibraciones que dañan rodamientos. Aparece con grandes alturas de aspiración y/o grandes caudales; se evita reduciendo la altura de aspiración o el caudal y bajando las pérdidas de carga con mangotes de más sección. Acoplamiento de bombas: en paralelo (entradas y salidas unidas) se mantiene la altura manométrica y se suma el caudal; en serie (la salida de una a la entrada de la siguiente) el caudal es el mismo y se suman las alturas, lo adecuado para impulsar a gran altura.

La instalación hidráulica de extinción lleva el agua o el espumante desde la fuente hasta el fuego; la básica es bomba, manguera y lanza. La ecuación de línea es PB = PL + HG + PC: la presión a la salida de la bomba debe cubrir la presión en punta de lanza, la altura geométrica (positiva si se sube, negativa si se baja) y las pérdidas de carga. Regla práctica del manual: 1 kg/cm² por cada 10 metros de desnivel, que hay que sumar al subir y que se gana al bajar. Las pérdidas de carga continuas crecen con la longitud, con el cuadrado del caudal y a la quinta potencia al reducir el diámetro; las locales (reducciones, bifurcaciones, válvulas) suelen ser menores. La tabla del manual lo deja claro: a 500 l/min se pierden 55 bar en manguera de 25, 2,5 bar en la de 45 y 0,35 bar en la de 70.

La curva característica de la instalación representa las pérdidas de carga continuas y locales en función del caudal, sumando o restando el efecto de la altura geométrica. El punto de funcionamiento es la intersección de la curva de la bomba con la de la instalación: allí la presión que da la bomba coincide con la que consume la instalación, incluida la lanza. Si se acelera la bomba sin tocar la lanza, el punto se desplaza a otra curva de más revoluciones (punto B): sube el caudal y la presión en punta de lanza. Si se abre más la sección de salida de la lanza (menos habitual), la bomba pasa al punto C: más caudal y menos presión de trabajo. Así se regula el caudal a voluntad con el acelerador.

Alcance de una instalación: por Torricelli, el caudal de una lanza depende de la presión a su entrada (con un factor del surtidor K entre 0,9 y 0,98 por la contracción de la vena líquida). El alcance es muy difícil de calcular por el efecto del aire y se usan tablas; depende sobre todo del diámetro de la lanza y de la presión: a más presión, más velocidad y más alcance; a igual presión, más alcance cuanto mayor es el diámetro; y el máximo se logra con chorro y apertura máxima de caudal. Según las tablas del manual, a 7 kg/cm² una lanza de 25 da 50-230 l/min, una de 45 da 150-500 y una de 70 da 300-750, y los alcances a 7 kg/cm² son de 31, 38 y 39 metros respectivamente.

Reacción en lanza: por el principio de acción y reacción, la lanza empuja hacia atrás al portador como un arma que dispara gotas; el empuje crece con la presión y con el diámetro de la boquilla. Si el chorro se abre en cono el empuje disminuye, hasta anularse aproximadamente a los 180°, por eso un tendido que se deja en espera debe quedar en posición de cortina de protección. Golpe de ariete (o pulso de Zhukowski): sobrepresión y depresión que se forman en una conducción al variar bruscamente el caudal, por ejemplo al cerrar de golpe una lanza o una válvula; la onda de sobrepresión recorre la conducción (el manual añade que puede superar la velocidad del sonido en el fluido), comprime el agua y dilata la manguera, y luego rebota en sentido contrario. Para los bomberos es peligroso porque dispara la reacción de la lanza y puede reventar conducciones, así que las aperturas y cierres se hacen siempre de forma lenta y progresiva.

Claves para el examen

• Altura manométrica máxima con caudal nulo (válvulas cerradas).
• Punto óptimo: máximo rendimiento; ahí se fijan caudal y presión nominales.
• Trabajar entre el 60 y el 120 % del punto de máximo rendimiento.
• Aspiración: teórica 10,33 m; práctica entre 7 y 8 m.
• Cebado hecho cuando el agua toca el rodete; después se desconecta.
• Cebado por eyector de gases: efecto Venturi con el escape.
• Cavitación: presión por debajo de la de vapor; ruido de grava.
• Paralelo: misma altura, más caudal; serie: mismo caudal, más presión.
• Ecuación de línea: PB = PL + HG + PC.
• 1 kg/cm² por cada 10 m de desnivel.
• Punto de funcionamiento: intersección curva bomba-curva instalación.
• Acelerar: más caudal y más presión en punta de lanza.
• Alcance: depende del diámetro de la lanza y de la presión.
• Reacción: más presión y más diámetro, más empuje; en cono disminuye.
• Golpe de ariete: abrir y cerrar siempre despacio.

Vídeos recomendados

• CURVA DE TRABAJO DE LA BOMBA HIDRÁULICA Y DE LA INSTALACIÓN.
• REACCION EN LANZA.
• GOLPE DE ARIETE
• CAVITACIÓN 🚒🚒BOMBEROS🚒🚒

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