Fórmula de perda por fricção da mangueira de incêndio: coeficientes, exemplos e pressão da bomba

Uma linha de ataque de 200 pés de mangueira de 1,75 polegadas fluindo 150 galões por minuto queima cerca de 70 psi antes que a água chegue ao bocal. Os operadores de bomba que pulam esse número geralmente descobrem por meio de um fluxo curto e fraco e de muita adivinhação no acelerador. A ferramenta que prevê isso é uma multiplicação: FL = C x Q ^ 2 x L, onde FL é a perda por atrito em psi, C é um coeficiente definido pelo diâmetro da mangueira e revestimento, Q é o fluxo em centenas de galões por minuto e L é o comprimento da mangueira em centenas de pés.

O que se segue é como a fórmula se comporta unidade por unidade, quais coeficientes se aplicam a tamanhos de mangueiras comuns, como o resultado se torna uma pressão de descarga da bomba e onde adaptadores, redutores e distribuidores mudam silenciosamente a resposta.

A fórmula de perda por fricção da mangueira de incêndio, unidade por unidade

A perda por atrito é a pressão gasta na turbulência e no arrasto à medida que a água desliza ao longo do revestimento da mangueira. Ele sobe em linha reta com o comprimento e com o quadrado do fluxo, razão pela qual um aumento modesto em galões por minuto pode consumir uma grande parte da produção da bomba.

• FL é a perda por atrito em psi para a seção da mangueira que está sendo calculada.
• C é o coeficiente de perda por atrito, um valor publicado vinculado ao diâmetro e à construção da mangueira.
• Q é o fluxo em centenas de galões por minuto, então 150 gpm torna-se 1,5 e 250 gpm torna-se 2,5.
• L tem comprimento em centenas de pés, então 200 pés se tornam 2.

Exemplo resolvido: 200 pés de mangueira de 1,75 polegadas a 150 gpm. Q é 1,5, então Q ao quadrado é 2,25 e L é 2. FL = 15,5 x 2,25 x 2, o que equivale a 69,75 psi, ou aproximadamente 70 psi.

Dois comportamentos surgem diretamente dessa aritmética. Dobre o comprimento da mangueira e a perda dobra. Dobre o fluxo e a perda quadruplicará, porque o termo do fluxo é elevado ao quadrado.

Coeficientes de perda por fricção para tamanhos de mangueira comuns

Os valores C publicados provêm de testes de vazão em construções específicas de mangueiras. As figuras abaixo são os valores de planejamento amplamente utilizados para mangueiras de incêndio revestidas e funcionam bem como ponto de partida para cálculos de layout.

A tabela explica por que a mangueira de grande diâmetro domina o trabalho de abastecimento. Mover 200 gpm através de uma mangueira de 1,75 polegadas custa cerca de 62 psi por 100 pés. Mover o mesmo fluxo através de uma mangueira de 4 polegadas custa menos de 1 psi.

Transformando a perda por atrito em pressão de descarga da bomba

A figura do painel da bomba segue uma soma simples: a pressão de descarga é igual à pressão do bocal mais a perda por atrito mais o ganho de elevação mais a perda do aparelho.

1. Pressão do bico: normalmente 50 psi para um furo liso e 100 psi para um bico de neblina ou ajustável.
2. Perda por atrito: a fórmula acima, aplicada a cada seção de mangueira no layout.
3. Elevação: cerca de 0,5 psi por pé de elevação, ou cerca de 5 psi por andar de um edifício típico.
4. Perda do aparelho: cerca de 10 psi por estrela ou distribuidor e geralmente 25 psi para uma conexão de tubo vertical.

Exemplo um: 200 pés de mangueira de 1,75 polegadas a 150 gpm com um bocal de neblina a 100 psi em solo nivelado dá 100 70 ou 170 psi no painel.

Exemplo dois: o mesmo fluxo através de 200 pés de mangueira de 2,5 polegadas. FL = 2 x 2,25 x 2 = 9 psi, então o valor do painel é 100 9 ou 109 psi.

Mesmo fluxo, 61 psi a menos na bomba. A diferença não é o bico e nem a bomba; é o furo da mangueira que transporta a água.

Adaptadores, redutores e acoplamentos mudam a resposta

A perda por atrito reside dentro da mangueira, mas é controlada nas conexões. Qualquer componente que estreite o curso de água adiciona uma queda de pressão local, e qualquer componente que reduza o diâmetro efetivo através de uma seção de mangueira altera o valor C usado para essa seção.

Uma redução de 1 3/4 polegada para 1 1/2 polegada aumenta o coeficiente de 15,5 para 24, aproximadamente 55% a mais de perda no mesmo fluxo. Um adaptador redutor na saída do painel da bomba ou na entrada do bocal não é, portanto, um hardware neutro em termos de pressão. É uma troca deliberada de pressão pela compatibilidade da interface.

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Do lado da oferta, as recompensas aritméticas foram negativas. Um acoplamento de grande diâmetro que mantém todo o curso de água aberto através da conexão preserva o baixo valor C da mangueira atrás dele, que é exatamente o que longos comprimentos e altas vazões exigem.

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Quando um Distribuidor Divide o Fluxo

Um distribuidor bidirecional não reduz pela metade a perda por atrito. A montante da divisão, a linha de abastecimento carrega a soma de ambos os fluxos, e esse total é o que entra na fórmula. Duas linhas de ataque de 150 gpm alimentadas por uma linha de abastecimento significam 300 gpm, ou um Q de 3, no cálculo de abastecimento. Para 200 pés de mangueira de abastecimento de 2,5 polegadas, a perda é de 2 x 9 x 2, ou 36 psi, antes mesmo de qualquer linha de ataque ser considerada. Adicione a perda do aparelho do distribuidor e a pressão do painel sobe ainda mais.

Cinco erros de perda por fricção que aparecem no campo de incêndio

1. Usando gpm em vez de centenas de gpm. Inserir 150 em vez de 1,5 aumenta o resultado cem vezes e envia a pressão do painel para um valor sem sentido.
2. Esquecendo a elevação. Uma elevação de 40 pés adiciona cerca de 20 psi, e um tubo vertical ou layout abaixo do nível altera o sinal desse termo.
3. Tratar o coeficiente publicado como exato. Mangueiras mais antigas, dobradas, revestimentos danificados e acoplamentos restritos aumentam a perda real acima do valor calculado, e é por isso que muitos departamentos adicionam margem de 10 a 15% em leilões longos.
4. Ignorando a perda do aparelho. Cada dispositivo entre a bomba e o bico consome uma pressão que a fórmula de atrito não inclui.
5. Reutilizando uma configuração de bomba de um layout diferente. Uma configuração que funciona para 200 pés de mangueira de 1,75 polegadas é errada para 300 pés e errada novamente se o bico for trocado.

A pressão do bico fica no mesmo orçamento

A pressão do bico não é perda por atrito, mas os dois competem pela mesma potência da bomba. Um bocal avaliado em 100 psi precisa de 100 psi em sua entrada, e cada psi perdido na mangueira sai do alcance e da penetração do fluxo.

Bicos ajustáveis ​​normalmente funcionam a 100 psi e alternam entre padrões de fluxo direto, neblina estreita e neblina ampla. Cada padrão altera o fluxo efetivo e, portanto, a perda por atrito a montante, e é por isso que uma configuração de bomba copiada de uma broca de fluxo direto pode decepcionar quando o padrão é aberto. Para obter informações sobre como esses padrões se comportam, consulte os modos de pulverização do bico ajustável .

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Dispositivos de fluxo direto e de furo liso são menos sensíveis a esse efeito, porque seu fluxo é definido pelo diâmetro do bocal e pela pressão de entrada, e não por um padrão ajustável.

Atalhos de campo e como verificar o número

Os operadores de bombas raramente se multiplicam mentalmente às três da manhã. Vale a pena memorizar um atalho útil para mangueira de 1,75 polegadas: cerca de 15 psi por 100 pés a 100 gpm, 35 psi a 150 gpm e 62 psi a 200 gpm. Para mangueiras de 2,5 polegadas, os mesmos fluxos custam aproximadamente 2, 4,5 e 8 psi por 100 pés.

A verificação é simples em um campo de treinamento. Defina um fluxo conhecido com um medidor de vazão em linha, leia a pressão na bomba e na entrada do bico e subtraia. Depois de ajustar a elevação, a diferença é a perda real por atrito daquela mangueira naquele fluxo. A comparação com o valor calculado mostra se o coeficiente publicado ainda se ajusta à mangueira em serviço.

A execução dessa verificação uma vez por ano detecta desgaste do revestimento, comprimentos de acoplamento alterados e qualquer restrição introduzida por um acoplamento ou adaptador que foi trocado sem revisão.

Especificando mangueiras, acoplamentos e adaptadores levando em consideração a pressão

A fórmula recompensa três hábitos de especificação. Mantenha o diâmetro de trabalho tão grande quanto a operação permitir, evite reduções desnecessárias entre a bomba e o bico e confirme se cada acoplamento e adaptador corresponde à mangueira e à rosca ou padrão de travamento em uso.

Este último ponto é mais importante em projetos internacionais, onde Storz, Machino, NH e outros padrões aparecem lado a lado. Um adaptador que ultrapassa os padrões só é útil se o seu curso de água corresponder à mangueira que ele conecta, porque um diâmetro restrito se comporta exatamente como uma mangueira menor no cálculo.

Se o orçamento de pressão tiver que ser mantido em campo, vale a pena confirmar as dimensões e os requisitos de fluxo antes do pedido do hardware. Compartilhe as condições operacionais com a equipe de engenharia e compare os números com os componentes reais, e não com uma tabela genérica. A fórmula permanece a mesma; apenas as entradas mudam.