Coeficientes de mangueira de incêndio explicados: valores de perda por fricção e pressão real da bomba

Dois operadores de bomba chegam ao mesmo prédio de três andares e fluem pelo mesmo bico na mesma configuração. Um detém cerca de 50 psi a mais no medidor de descarga e nenhum dos dois consegue explicar o porquê. Na maioria das vezes a resposta não é a bomba e nem o motor. É a mangueira e, especificamente, o coeficiente que lhe é atribuído.

Aqui está a conclusão primeiro. O coeficiente de mangueira de incêndio é um número único que descreve quanta pressão uma seção de mangueira de 30 metros consome quando a água passa por ela a 100 galões por minuto. Multiplique esse número pelo quadrado do fluxo e pelo comprimento em centenas de pés e você terá a perda por atrito. Cada gráfico, atalho de campo e argumento de cerca de 1,75 polegadas versus linhas de ataque de 2 polegadas surge desse relacionamento.

A consequência prática é simples. Se você não sabe o coeficiente da mangueira que realmente carrega, está adivinhando a pressão da bomba. Essa suposição se mantém até que a linha fique longa, o fluxo aumente ou a mangueira envelheça.

O que um coeficiente de mangueira realmente diz

A fórmula de perda por atrito usada nos bombeiros norte-americanos é curta o suficiente para ser memorizada. FL é igual a C multiplicado por Q ao quadrado multiplicado por L. FL é a perda por atrito em psi. Q é o fluxo em centenas de galões por minuto, então 250 gpm se tornam 2,5. L é o comprimento em centenas de pés, então 200 pés se torna 2. C é o coeficiente e é o único termo na equação que descreve a mangueira em si, e não como você a está usando.

Isso é importante porque o fluxo e o comprimento são decididos no painel da bomba, enquanto o coeficiente é uma propriedade da mangueira colocada no leito. Ele carrega o diâmetro interno, a condição do revestimento, a rugosidade da camisa pressionando contra a água e a turbulência criada em cada curva e acoplamento ao longo da linha.

Duas linhas rotuladas como 2,5 polegadas podem conter coeficientes diferentes. Mangueiras novas revestidas de borracha e mangueiras de quinze anos com o mesmo tamanho nominal não se comportam da mesma forma, mesmo quando a impressão na capa é idêntica.

Valores de coeficiente padrão por tamanho de mangueira

A maior parte do material de treinamento nos Estados Unidos utiliza os valores publicados pela IFSTA e pela National Fire Academy. Eles são um ponto de partida razoável e são citados de forma ampla o suficiente para que todos no local do incêndio trabalhem com os mesmos números.

As duas últimas colunas mostram o que o coeficiente faz na prática. Duplicar o fluxo não duplica a perda, mas multiplica por quatro, porque Q é elevado ao quadrado. Uma linha de 2 polegadas a 200 gpm perde 32 psi por cem pés, enquanto a mesma linha a 100 gpm perde apenas 8 psi.

Um exemplo prático que você pode repetir no Fireground

Pegue 200 pés de mangueira de 2 polegadas fluindo a 250 gpm. Q é 2,5, L é 2 e C é 8.

FL é igual a 8 x 2,5 x 2,5 x 2, o que equivale a 100 psi.

Agora adicione o resto do sistema. Um bocal de neblina avaliado em 100 psi precisa de 100 psi na ponta. Três metros de elevação custam cerca de 4,3 psi, então um bocal no terceiro andar adiciona cerca de 13 psi. Uma estrela ou distribuidor adiciona outros 10 a 25 psi dependendo do aparelho e do fluxo.

A pressão de descarga da bomba é igual a 100 mais 100 mais 13 mais 10 ou 223 psi.

Mude para uma mangueira de 2,5 polegadas e a aritmética muda completamente. Os mesmos 250 gpm nos mesmos 200 pés perdem 2 x 6,25 x 2, ou 25 psi. Isso representa uma economia de 75 psi em uma linha, e é o caso completo para mangueiras de grande diâmetro em um único cálculo.

Onde o coeficiente começa a variar

As tabelas publicadas pressupõem mangueiras novas, limpas e totalmente revestidas. A mangueira de campo é diferente e vários fatores empurram a perda real para cima do valor da tabela.

• Idade da mangueira e condição do revestimento. A separação do revestimento, o mofo e a abrasão aumentam a rugosidade efetiva. Uma penalidade de vinte por cento em uma linha mais antiga de 1,75 polegadas não é incomum.
• Diâmetro interno real. Os tamanhos nominais são aproximados e a perda de pressão aumenta aproximadamente com o inverso da quinta potência do diâmetro, portanto, uma mangueira ligeiramente subdimensionada custa mais do que a maioria dos operadores espera.
• Temperatura da água. A água fria é mais viscosa e requer alguns psi extras em uma linha longa.
• Disposição. Dobras, curvas apertadas nos cantos e mangueira presa sob uma porta comportam-se como um comprimento extra que nunca aparece na sua medição.

Os pontos de conexão merecem uma nota própria. Um acoplamento corretamente combinado acrescenta uma pequena perda local, e uma junta montada com uma junta torcida ou uma cabeça parcialmente assentada acrescenta consideravelmente mais. Uma junta dobrada aparece no medidor como um problema de coeficiente, mesmo quando a mangueira em si está boa. A montagem correta é abordada neste guia para como uma junta de mangueira de incêndio deve ser conectada .

Como acoplamentos, adaptadores e dispositivos adicionam perdas ocultas

Cada dispositivo entre a bomba e o bico tem uma perda própria e o método do coeficiente não a inclui. A tabela descreve a mangueira. Não diz nada sobre o hardware aparafusado nas extremidades.

Os adaptadores são os que causam mais surpresas. Mudar de um padrão nacional para outro, por exemplo, instalar uma linha Storz em uma entrada Machino, requer um adaptador com geometria interna própria. Um bom adaptador é curto, liso e de diâmetro completo. Um pobre desce pela seção transversal e esse degrau se comporta como um pedaço de mangueira menor. Em uma linha de abastecimento de 500 gpm, um adaptador que estreita o diâmetro em um quarto de polegada pode custar mais pressão do que 15 metros da mangueira à qual está conectado.

A regra prática é escolher um adaptador cujo diâmetro corresponda ao menor das duas mangueiras e evitar empilhar dois adaptadores onde um serve.

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Regras de campo que mantêm a matemática honesta

Uma vez clara a ideia do coeficiente, algumas regras cobrem a maioria das situações reais.

1. Escreva a soma. A pressão de descarga da bomba é igual à pressão do bico mais a perda por atrito mais a elevação mais a perda do aparelho. Um termo ausente é a causa mais comum de um fluxo fraco.
2. Respeite a praça. Qualquer mudança no fluxo move a perda por atrito pelo quadrado da razão. Aumentar uma linha de 150 para 200 gpm aumenta a perda em cerca de 78%.
3. Divida as linhas paralelas antes de calcular. Duas linhas siamesas iguais transportam, cada uma, metade do fluxo total e cada uma perde um quarto da pressão que uma única linha que transporta o fluxo total perderia.
4. Mantenha um coeficiente funcional para cada tipo de mangueira em seu inventário, não apenas para cada tamanho.
5. Recalcular após qualquer alteração de hardware. Um novo aparelho, bocal ou adaptador altera o sistema, não apenas a mangueira.

A escolha do bico pertence a esta aritmética porque o bico define o fluxo. Um bico que seja fácil de bombear demais ou que permita ao operador alterar o fluxo sem avisar ninguém no painel, altera o termo de perda por atrito mais do que qualquer outra decisão. Padrões ajustáveis ​​com configurações de fluxo claramente marcadas eliminam a maior parte dessa ambigüidade.

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Hardware que mantém a matemática do coeficiente previsível

Há um limite para quanto disso você pode consertar no painel da bomba. O resto tem que ser incorporado ao hardware, e é aí que o controle do furo e a tolerância de fabricação ganham seu sustento.

Um acoplamento que mantém um furo total verdadeiro, tem uma transição interna suave e leva uma junta que assenta sem dobrar dá uma perda próxima ao valor teórico para seu diâmetro. Um acoplamento subdimensionado, desalinhado ou equipado com uma peça fundida áspera adiciona uma queda de pressão que nenhum gráfico irá prever.

É também por isso que as famílias de acoplamentos padronizados são importantes. Um cabeçote Storz, um acoplamento Machino, uma rosca NH ou um acoplamento John Morris têm, cada um, um furo e perfil definidos, para que um engenheiro possa calcular o sistema e esperar que o hardware corresponda ao cálculo. A mistura de padrões às vezes é inevitável, mas deve ser feita com um adaptador específico, em vez de uma pilha de acessórios improvisados.

Em linhas de alimentação e relés de grande diâmetro, o termo do coeficiente domina todo o cálculo da pressão da bomba, de modo que a diferença entre um acoplamento bem usinado e um marginal aparece diretamente no manômetro. Se a queda de pressão nesse tipo de linha for a preocupação, vale a pena conversando sobre o layout com o fornecedor antes do pedido e não depois do primeiro exercício.

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Os coeficientes das mangueiras de incêndio não são complicados. São um número por tipo de mangueira, aplicados através de uma fórmula com três termos. O que requer experiência é saber quando esse número deixa de ser verdadeiro, o que geralmente ocorre quando a mangueira é velha, o diâmetro não é o que a camisa afirma ou o hardware entre a bomba e o bico está restringindo silenciosamente o fluxo.

Obtenha o coeficiente correto para a mangueira que você realmente carrega, adicione os termos do bico, da elevação e do aparelho honestamente e a pressão da bomba deixa de ser uma estimativa. O medidor ainda irá surpreendê-lo ocasionalmente, mas irá surpreendê-lo por um motivo que você pode encontrar.