🚒 Tema 24: Hidráulica (II): viscosidad, bombas centrífugas y golpe de ariete

Concello de Santiago de Compostela · Servizo de Extinción de Incendios e Salvamento · Bombero/a conductor/a especialista

Resumen

Tema 16 de la parte específica del anexo III de tus bases (el 24 aquí). El epígrafe oficial, en gallego, dice: «HIDRÁULICA PARA BOMBEIROS II Viscosidade. Bombas centrifugas instaladas en camións de bombeiros. Principio de funcionamento. Curva característica dunha bomba centrifuga. Funcionamento en serie e en paralelo. Problemas na aspiración: cebado dunha bomba. Cavitación. Golpe de ariete». Aquí lo tienes explicado en castellano; en el examen puedes elegir el cuestionario en gallego o en castellano (lo marcaste en la solicitud).

Aplica a la bomba y a los tendidos los principios del tema anterior (presión de vapor, Bernoulli, Torricelli, golpe de ariete).

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.

Aspiración. El agua no sube por la «fuerza» de la bomba, sino empujada por la presión atmosférica, así que la altura teórica máxima es 10,33 m.

Cebado. La bomba centrífuga da mucha presión en la impulsión pero apenas succiona, así que hay que llenarla de agua antes de ponerla en marcha, salvo que el agua esté por encima de la bomba; si gira en vacío puede averiarse porque el rodete no se lubrica ni se refrigera. Sistemas de cebado: eyector de gases (efecto Venturi con los gases de escape), depresor de vacío (bomba de vacío, normalmente eléctrica), anillo de agua (bomba volumétrica), bombas autocebantes (depósito propio que llena cuerpo y aspiración) y bomba de pistones. El cebado está hecho cuando el agua toca el rodete, y entonces se desconecta el sistema de cebado.

Cavitación: formación de vapor porque la presión local cae por debajo de la presión de vapor del agua, seguida de una condensación brusca; es una ebullición a temperatura ambiente. Las burbujas implosionan en zonas de más presión (el volumen del agua al vaporizarse crece unas 1.700 veces), con presiones locales de hasta 1.000 kg/cm² que pican los álabes; suena como grava golpeando la bomba. Aparece con grandes alturas de aspiración o grandes caudales, y se evita bajando la altura de aspiración o el caudal y reduciendo pérdidas con mangotes de mayor sección; por eso se fija una altura geométrica máxima de aspiración de 8 a 8,5 m.

Acoplamiento de bombas. En paralelo (entradas y salidas unidas) se mantiene la altura manométrica de una bomba y se suman los caudales. En serie (la salida de una va a la entrada de la siguiente) el caudal es el de una sola bomba y se suman las alturas manométricas (Hm = Hm1 + Hm2 + ...), lo adecuado para impulsar a gran altura.

Instalación hidráulica: lleva el agua o el espumante desde la fuente hasta el fuego; la básica es bomba, manguera y lanza. Ecuación de línea: PB = PL + HG + PC (presión en bomba = presión en punta de lanza + altura geométrica + pérdidas de carga, en m.c.a.; entre 10 para pasar a bar). Las pérdidas de carga son continuas (rozamiento a lo largo del tendido) o locales (reducciones, bifurcaciones, válvulas, lanzas, normalmente mucho menores); las continuas crecen de forma lineal con la longitud, con el cuadrado del caudal, con la quinta potencia al reducir el diámetro y con la rugosidad y la viscosidad. Por desnivel: 1 kg/cm² por cada 10 m (10 m.c.a.), que se pierde al subir y se gana al bajar.

El punto de funcionamiento es la intersección de la curva de la bomba con la curva de la instalación. Para dar más caudal sin tocar la lanza se acelera la bomba (sube la presión en punta de lanza); si se abre más la lanza, aumenta el caudal y baja la presión de trabajo. El alcance depende del diámetro de la lanza y de la presión a su entrada: más presión, más alcance; a igual presión, más alcance con más diámetro; el máximo, en chorro y con máxima apertura. Caudales nominales del manual a 7 kg/cm²: lanza de 25 mm, 50-230 l/min; de 45 mm, 150-500; de 70 mm, 300-750. La reacción en lanza (acción y reacción) crece con la presión y el diámetro y casi se anula con un cono de unos 180°, por eso un tendido en espera se deja en cortina; y para evitar el golpe de ariete, las aperturas y cierres se hacen lentos.

Claves para el examen

• Bomba centrífuga: energía mecánica → hidráulica; rodete da velocidad, difusor la pasa a presión.
• Altura manométrica (Hm): aumento de energía expresado como presión. Rendimiento = útil / consumida.
• Curva característica: caudal en abscisas; Hm máxima con caudal nulo.
• Valores nominales = punto de máximo rendimiento.
• Bombas de bomberos con acelerador: no suelen pasar de 5.000 r.p.m.
• Aspiración teórica 10,33 m; real 7-8 m. A 1.000 m de altitud, 9,11 m.c.a.
• Cebado: eyector de gases, depresor de vacío, anillo de agua, autocebante, pistones.
• Cebado hecho cuando el agua toca el rodete: desconectar el cebador.
• Cavitación: ebullición a temperatura ambiente; hasta 1.000 kg/cm²; ruido de grava.
• Altura geométrica máxima de aspiración contra la cavitación: 8 a 8,5 m.
• Paralelo: suma caudales, misma Hm. Serie: suma Hm, mismo caudal (gran altura).
• Ecuación de línea: PB = PL + HG + PC.

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