Efectividad y Eficiencia de los Chorros de Agua Parte 1 (trad. Ed Hartin CFBT US) / PUBLICADO POR MARTIN COMESAÑA

[CREADOR DE LA RED]

Efectividad y Eficiencia de los Chorros de Agua Parte 1 (trad. Ed Hartin CFBT US)

• Publicado por Martín Carlos Comesaña el agosto 30, 2010

Martin comesaña / Bomberos V. de San Martin de Los Andes

Tomas Ricci / Bomberos V. de San Martin de Los Andes

Hola: a continuación ponemos a vuestra disposición el primero de una serie de tres trabajos traducidos en San Martín de los Andes con autorización expresa de Mr Ed Hartin y su intención de ponerlos a disposición de bomberos hispano parlantes en su sitio CFBT US.

Luego de las siguientes entregas de esta serie haremos lo propio con selecciones del libro Eurofirefighter de Mr. Paul Grimwood, quién también nos dió su aval para difundir sus trabajos en español.

Quiero destacar el trabajo realizado por el Bombero Tomás Ricci, de San Martín de los Andes, en la selección y cuidadosa traducción del material.

Este Documento por ser de interes general sera sumado al Grupo "Descargas" de La Hermandad de Bomberos

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Efectividad y eficiencia de los

chorros de ataque.

Parte 1

Ed Hartin, MS, EFO, MIFIreE, CFO.

Texto original desarrollado por Ed Hartin. Traducido por Tomás Ricci y revisado por Martín Comesaña, Bomberos Voluntarios de San Martín de los Andes, Argentina, con permiso del autor.

Suele decirse y creerse que se necesitan gpm para contrarrestar Btu (o

calorías). Si bien sospecho que el bombero entiende el significado subyacente

de esta afirmación, es en realidad incorrecta, puesto que es similar a

comparar manzanas con naranjas. El caudal se expresa en unidades de

volumen y tiempo (gal/m ó l/m) y Btu (ó Joules) es una medida de cantidad

(más similar en este sentido al volumen que al caudal)

Puede decirse que se necesitan galones (ó litros) para contrarrestar Btu (ó

Joules), pero la tasa de absorción de energía de un chorro de ataque debe

superar la tasa de liberación de calor (energía liberada/unidad de tiempo). Este

concepto apunta a la necesidad de un mayor caudal cuando la tasa de

liberación de calor es mayor. Esto conduce a otra afirmación típica del servicio

de bomberos: “Gran cantidad de fuego, gran cantidad de agua”. Si bien esto no

es completamente incorrecto, puede generar cierta confusión, ya que no toma

en cuenta qué tan eficiente es nuestro chorro de ataque para absorber energía.

No toda el agua que abandona el pitón absorbe la misma cantidad de energía.

Capacidad de enfriamiento teórica.

El agua es un excelente agente extintor debido a su alto calor específico

(energía necesaria para elevar su temperatura) y su alto calor latente de

vaporización (energía necesaria para el cambio de estado de líquido a vapor).

Como se ilustra en la Figura 1, el cambio de estado de líquido a vapor es muy

significativo, puesto que absorbe 7,5 veces más calor que calentar la misma

cantidad de agua de 20º C hasta el punto de ebullición.

Figura 1. Capacidad de enfriamiento teórica.

Sin embargo esto sólo nos indica la capacidad de enfriamiento teórica de un

único kilogramo de agua que es calentado de 20º C a 100º C y luego

completamente vaporizado. Examinar la capacidad de enfriamiento teórica en

términos de caudal requiere un poco más de trabajo.

El caudal se define en unidades de galones por minuto (gal/m) o litros por

minuto (l/m) y la capacidad de enfriamiento teórica del agua fue definida en

término de energía absorbida por unidad de masa (MJ/kg). Necesitaremos

trabajar un poco para convertir las unidades y así todos poder usar las mismas.

Mientras que las unidades del SI son más simples de tratar, he expresado la

capacidad de enfriamiento teórica tanto en litros por minuto (LPM) como en

galones por minuto (GPM). Sin embargo el calor específico y el calor latente de

vaporización están aplicados a una masa, y no a un volumen, y Watts

equivalen a Joules por segundo. Es entonces necesario expresar caudal en

términos de kg/s.

Figura 2. Caudal y capacidad teórica de enfriamiento.

Este ejemplo asume una transferencia instantánea de calor y 100% de

efectividad en el cambio de estado liquido a vapor. Ninguno de estos dos

fenómenos se da en la vida real!

Factores que influencian la efectividad y la eficiencia en la transferencia de

calor (Svenson 2002) son:

· Diámetro (en la capa de gases y en las superficies)

· Temperatura (en la capa de gases y en las superficies)

· Velocidad (en la capa de gases)

· Formación de película (en las superficies)

· Temperatura de la capa de gases

· Temperatura de las superficies.

Eficiencia de los chorros de ataque

El poder del bombero no tiene simplemente que ver con el caudal, si no más

bien con el caudal efectivamente aplicado a la transferencia de calor de la capa

de gases calientes y de las superficies resultando en su cambio de fase de

líquido (agua) a gas (vapor).

Extinguir un incendio en un compartimiento generalmente consiste en convertir

el caudal suficiente (gal/m o l/m) de agua en vapor. Si bien el vapor por sí sólo

generalmente no extingue el incendio, la energía absorbida para convertir el

agua en ese vapor es la que cumple la función más importante en la extinción.

Datos experimentales (Hadjisophocleous & Richardson, 2005; Särdqvist, S.,

1996) han demostrado que la eficiencia de enfriamiento del agua en

experimentos en laboratorios y operaciones de la vida real, oscila entre 0,2 y

0,6. Särdqvist (1996) sugiere que un factor de eficiencia de 0,2 sea utilizado

para ataques en interiores con pitones de niebla. Mi experiencia personal (no

constatada experimentalmente) indica que el factor sugerido por Särdqvist

(1996) de 0,2 puede ser muy bajo. Barnett (citado también en Grimwood 2005)

sugiere que un factor de 0,5 sea utilizado para chorros lisos o rectos y que un

factor de 0,75 sea utilizado para chorros de niebla. La siguiente tabla se

aproxima de una manera un tanto más conservadora utilizando un factor

promedio de 0,6.

Figura 3. Caudal y capacidad de enfriamiento ajustada.

La Figura 3 ilustra el impacto de la eficiencia (o la falta de ella) en la capacidad

de un chorro de ataque para enfriar. El punto clave es que la capacidad de

enfriamiento real es considerablemente menor a la teórica. Otra complicación

es que sumado a la performance del pitón, la eficiencia del mismo también

depende de la habilidad del operador, la manera en que el agua es aplicada

(chorro liso, cono de niebla ancho o angosto) la configuración del lugar y las

condiciones del fuego.

Desafortunadamente, no hay aun patrones estándar de prueba que permitan

probar los diferentes pitones y/o métodos en las mismas condiciones.

Sin embargo, el concepto de eficiencia da lugar a una pregunta muy

interesante: ¿Tienen la misma capacidad de extinción un pitón que arroja 100

gpm con un factor 0,6 y un pitón que arroja 200 gpm con un factor 0,3? ¡Esto

es simplemente matemática! La capacidad de enfriamiento debería ser

idéntica. Pero la aplicación práctica es más compleja (puesto que

desconocemos los factores de eficiencia de los dos pitones y la manera en la

que están siendo utilizados). Esto es algo que merece ser discutido.

Caudal o tasa de absorción de energía?

Matt Leech, Instructor senior y entrenador de CFBT-US (LT Tualatin Valley Fire

& Rescue) propuso (a medias en broma) que los pitones deberían ser

etiquetados por su capacidad para enfriar, más que por su caudal. Si bien esta

idea no tuvo mucha repercusión, es importante para los bomberos reconocer

que el caudal y las características del chorro de agua generan un impacto

significativo en la capacidad potencial para enfriar.

Efectividad de los chorros de agua

El control eficiente, efectivo y seguro del fuego requiere:

· Aplicación de agua para controlar los alrededores del fuego como así

también un ataque directo al mismo.

· Utilizar el caudal necesario para la táctica empleada. (enfriar gases

calientes que no han entrado en ignición aun puede ser logrado

utilizando un caudal menor al utilizado para un ataque directo al fuego).

· Ataque directo al fuego para exceder el caudal crítico en función de la

tasa de liberación de calor.

· Suficiente caudal de reserva para poder controlar cualquier aumento en

la tasa de liberación de calor como consecuencia de las tareas de

ventilación.

· Aplicar agua en la forma que corresponda según nuestro objetivo (Ej.:

pequeñas gotas para enfriar la capa de gases o una fina capa de agua

para cubrir superficies calientes).

· Aplicar agua que alcance el lugar deseado (niebla para ubicar agua en la

capa de gases calientes o chorro liso* para penetrar dicha capa de

gases y alcanzar superficies calientes)

· Controlar el incendio sin usar una cantidad excesiva de agua.

*Los términos “chorro liso” y “chorro pleno” se consideran equivalentes

Lograr esto implica utilizar diferentes chorros de ataque en diferentes

momentos. El tipo de chorro óptimo para enfriar la capa de gases es por lo

general bastante diferente al necesario para enfriar superficies calientes,

particularmente cuando lidiamos con fuego generalizado en grandes

compartimentos.

Ed Hartin, MS, EFO, MIFIreE, CFO

www.cfbt-us.com

Bibliografía:

Grimwood, P. (2005) Firefighting Flow Rate: Barnett (NZ) – Grimwood (UK)

Formulae. Retrieved January 26, 2008 from http://www.fire-flows.com/FLOWRATE%

20202004.pdf

Hadjisophocleous, G.V. & Richardson, J.K. (2005). Water flow demands for

firefighting. Fire Technology 41, p. 173-191.

Särdqvist, S. (1996) An Engineering Approach To Fire-Fighting Tactics

Sweden, Lund University, Department of Fire Safety Engineering

Svennson, S. (2002). The operational problem of fire control (Report

LUTVDG/TVBB-1025-SE). Sweden, Lund University, Department of Fire Safety

Engineering.

CFBT-US, Ed Hartin.

[Óscar Darío Zuluaga Garzón]

Felicitaciones, excelente articulo, por favor siganos enviando estos documentos tan importantes para nuestro trabajo diario. Muchas gracias.

[José González]

Excelente material de apoyo que nos ayuda a enrriquecer los conocimientos mínimos necesarios en el arte moderno de combatir incendios. Felicitaciones y sigan adelante...

[Fabio Daniel Calderon]

muy bueno ese texto....extremadamente util...muchas gracias

[Luvys Maria Guerra Alvarado]

buenos dias esta muy buena esa exponencia. que tengo que hacer para bajarla a mi correo y leerla mejor

[David Rojas Molina]

Muy bueno el material, recomendable.

[DANILO ENRIQUE SOLIS CABEZAS]

GRACIAS POR AYUDARNOS A ENRIQUESER NUESTROS CONOCIMIENTOS
DANILO SOLIS CABEZAS

[RAMON ALBERTO MAIDANA PEREZ]

Martín; muy interesante el artíc***, reconociendo el trabajo de traducción por parte de Tomas. SIGAN ASI PARA EL BIEN DE LA FAMILIA BOMBERIL. UN FUERTE ABRAZO A LA DISTANCIA. RAMON MAIDANA

[CREADOR DE LA RED]

Gracias por la calidad del documento y por el trabajo de traduccion como en el logro del permiso del autor.

Un abrazo!