TUBO DE VENTURI Y EXTINCION DE INCENDIOS

Marcos Fidel Cavalier Jara

17 de agosto del 2015

1. INTRODUCCION

Desde hace 3 anos tengo el honor de pertenecer a una de las instituciones mas queridas del paıs,me refiero al CUERPO GENERAL DE BOMBEROS VOLUNTARIOS CGBVP, donde no solo hetenido la oportunidad de aprender destrezas y habilidades para la parte practica en cuanto a materia deextincion de incendios, tambien haber adquirido conocimientos teoricos referentes al comportamientodel fuego, metodos de extincion de incendios.

Pero en todos estos anos, hasta la clase de HIDRAULICA del curso de FISICA III, nunca mellamo la atencion poder explicar de manera practica basado a fenomenos fısicos, todas las aplicacionesque veo en el dıa a dıa en emergencias, ya que estuve tan preocupado en perfeccionar la parte practicay no la teorica.

Es ahora donde me interesa el poder explicarles a mis hermanos bomberos como funciona lo quea diario hacemos. Desde la termodinamica, Comportamiento del fuego, abastecimiento y ataque deincendios ,Hidrodinamica.

En esta presente investigacion, solo desarrollare una de las tantas aplicaciones que tiene el tubo deVenturi, y que en 3 anos la aplique pero nunca supe la explicacion fısica; quiza si todos los bomberosen el mundo supieran la explicacion de esta aplicacion nos ayudarAa en comprender mejor nuestralabor.

Me refiero al lanzador de espuma contra incendios, APARATO QUE GRACIAS AL TUBO DEVENTURI PUEDE HACER POSIBLE LA MEZCLA ENTRE EL AGUA Y UN LIQUIDO ES-PUMOGENO.

2. OBJETIVO

El objetivo principal de este trabajo es explicar una de las tantas aplicaciones del tubo de venturi,para extinguir incendios en refinerıas grifos, donde esten involucrados hidrocarburos, derivados delpetroleo.

3. COMPORTAMIENTO DEL FUEGO

Antes de realizar las explicaciones del tubo de venturi, es conveniente conocer la justificacion de estainvestigacion, que es EXTINCION DE INCENDIOS, para poder realizar esta labor, antes debemosconocer a nuestro enemigo “El Fuego”, ası como lo hacen los grandes estrategas en guerras, conocenlas debilidades y fortalezas de sus enemigos, para poder enfretarlos y salir victoriosos. Tambien estetema es parte del silabo del curso de fısica 3, lo mencionare sin extenderme ya que mas enfasis ledare a la explicacion del tubo de venturi

3.1. Definicion

Conjunto de partıculas o moleculas incandescentes de materia combustible, capaces de emitir luzvisible, producto de una reaccion quımica de oxidacion violenta.

Esta fuerte reaccion quımica de oxidacion es un proceso exotermico, lo que quiere decir que, almismo tiempo, desprende energıa en forma de calor al aire de su alrededor. El aire que se encuentra

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alrededor de las moleculas o partıculas calientes disminuye de densidad y literalmente tiende a flotarsobre el aire conveccion, en el caso particular del fuego de estado solido, el aire caliente viaja haciaarriba a tal velocidad que empuja aun partıculas pesadas de combustible en la misma direccion (auncalientes y brillantes), las cuales van bajando de temperatura al igual que el aire de su derredor,dejando de brillar y tornandose generalmente de un color negro como el carbon, el aire, al enfriarse,empieza a bajar de velocidad, a tal punto que ya no puede empujar a las partıculas para arriba y estasempiezan (si pesan mas que el aire) a levitar sin subir para luego caer de nuevo a tierra.

4. ELEMENTOS DEL FUEGO

Tetraedro del FuegoTeorıa desarrollada por el Sr. W. M. Haessler que se ha estado usando para explicar en una forma

mas completa la combustion y su extincion

Figura 1: Tetraedro del fuego

4.1. Combustible

Material capaz de arder o sufrir una oxidacion rapida. Puede ser solido (forma y volumen defi-nidos), lıquido o gas. A la vez puede clasificarse como inflamable (cuando su punto de ignicion esmenor a 38◦C), combustible (cuando el punto de ignicion es mayor a 38◦C) y piroforico (cuando ardeespontaneamente).

4.2. Oxıgeno

Para mantener una combustion necesitamos como mınimo 16 % de oxıgeno.

4.3. Calor

Es la energıa requerida para elevar la temperatura del combustible hasta el punto en que se despidansuficientes vapores que permiten que ocurra la ignicion. Es el elemento que activa la combustion.

4.4. Reaccion en cadena

Es la reaccion en cadena que puede ocurrir cuando los otros tres elementos estan presentes en lascondiciones y proporciones apropiadas

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5. TRANSFERENCIA DE CALOR

Debido a que el calor es energıa desordenada, nunca es constante, pero es continuamente transferidode objetos de una temperatura mas alta a aquellos que tienen una temperatura mas baja, siendo porestos 3 metodos:

5.1. Conduccion

Transferencia de calor por contacto directo o por medio de un conductor de calor. La cantidad decalor que sera transferido y su proporcion de velocidad de transferencia por este medio depende de laconductividad del material a traves del cual el calor esta pasando.

Figura 2: Conduccion

5.2. Conveccion

A traves de fluidos y gases calientes, o cuando los lıquidos o los gases son calentados se expenderan,haciendose mA¡s livianos

Figura 3: conveccion

5.3. Radiacion

Es la transmision de energıa a traves del espacio por medio de ondas electromagneticas la que altropezar con un cuerpo es absorbido, reflejado o transmitido, atraviesa cuerpos traslucidos. El calorradiado es una de las principales fuentes de la propagacion de fuego.

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Figura 4: Radiacion

6. FORMAS DE EXTINCION

6.1. Sofocacion

Consiste en actuar sobre el oxıgeno. Se realiza aislando el combustible del oxıgeno con un mate-rial incombustible (manga ignıfuga, arena, polvo, espuma, etc.) o reduciendo la cantidad de oxıgenomediante la proyeccion de un gas inerte (N o CO2)

6.2. Separacion

Consiste en actuar sobre el combustible, retirando los combustibles de la zona del fuego, transfirien-do combustible a otro deposito seguro y cortando el flujo de gases o lıquidos (valvulas de suministrode combustible).

6.3. Inhibicion

Se consigue mediante la aplicacion de sustancias que producen radicales libres que, por combinacioncon los radicales producidos en la combustion, rompen la reaccion en cadena.

6.4. Enfriamiento

Consiste en actuar sobre la energıa de activacion (calor), eliminandola y, por consiguiente, dete-niendo la reaccion en cadena. Puede lograrse usando sustancias que absorban dicha energıa. El masusado es el agua.

Resumen

Para fines de investigacion, resumiremos el fuego como una reaccio en cadena que desprendeluz y calor, los elementos del fuego son cuatro: Calor, material combustible, oxıgeno, reaccion encadena; las formas de propagacion son: Conduccion, conveccion y radiacion; las formas de extincion:Enfriamiento, sofocacion, inhibicion y separacion. Lo mas resaltante es LA SOFOCACION que es

el metodo que se utilizara para extinguir incendios con una aplicacion del TUBO DE VENTURI

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7. INCENDIOS EN REFINERIA

Debido a que la aplicacion del tubo de venturi se utiliza en LANZADORES DE ESPUMA (APA-RATO DONDE SE REALIZA UNA MEZCLA DE AGUA Y AIRE, QUE ESPECIFICAREMOS MASADELANTE), esta espuma mayormente se utiliza para extinguir incendios en refinerıas, es por elloque quiero hacer una breve intruduccion a este rubro, empezaremos con un caso:

25-AGOSTO-2012 Explosion sacudio el sabado la refinerıa occidental de Amuay.La explosion seprodujo despues de la 1 de la madrugada (0530 GMT) del sabado en el Complejo Refinador deParaguana, confirmo el ministro de Petroleo, Rafael Ramırez. “Tuvimos una fuga de gas, que vamosa determinar su origen. Ese gas genero una nube que luego exploto y ha provocado incendios enal menos dos tanques de la refinerıa y en las areas circundantes”, dijo Ramırez en una entrevistatelefonica difundida tambien por venezolana de television. “La onda explosiva fue de una magnitudimportante, de manera que hay danos apreciables a alguna infraestructura y viviendas que estabanfrente a la refinerıa”, indico. La explosiOn, por una fuga de gas de una esfera de olefinas en la refinerıade Amuay, causo la muerte de mA¡s de 40 personas, dejo un centenar de heridos y unas 1.600 viviendasafectadas. Ya es considerado el accidente mas letal que ha vivido el sector petrolero venezolano. Tresde los nueve depositos de combustibles que se incendiaron estuvieron lanzando grandes llamaradas alcielo de la costa occidental venezolana durante una larga batalla en la que ejercitos de bomberos seturnaban para arrojar espuma a las bocas de los amenazantes tanques.

Figura 5: Incendio en refineria

7.1. ¿Como extinguir incendios en hidrocarburos?

RPTA. : SOFOCACION ATRAVES DE LA ESPUMA

7.2. Agentes espumıgenos

Las espumas para combatir incendios son una masa estable de pequenas burbujas de menor den-sidad que la mayorıa de los combustibles lıquidos y que el agua. Los agentes espumıgenos se logranmezclando aire, un concentrado de espuma y agua para ası producir la “espuma finalun poderosoextintor que inhibe la cadena de formacion del fuego.

7.3. ¿Como se produce la espuma?

La espuma es el resultado de una combinacion en exactas proporciones entre un concentrado deespuma, aire y agua. El siguiente diagrama explica como es su produccion

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Figura 6: Tanque de hidrocarburo

7.3.1. ESPUMA CONCENTRADA O LIQUIDO PROTEICO

ES EL LIQUIDO QUE SE ENCUENTRA EN UNA GALONERA, CON PROPIEDADES QUIMI-CAS

7.3.2. AGUA

FLUYE A TRAVES DE LA MANGUERA.

7.3.3. AIRE

ATRAVES DE ORIFICIOS TAMBIEN POR EFECTU VENTURI

7.3.4. AGITACION MECANICA

ES CON LA FUERZA QUE ES IMPULSADA EL AGUA A TRAVES DE LA MANGUERA,ESTA FUERZA (PRESION) VIENE DESDE EL MOTOR DE LA AUTOBOMBA

7.4. ¿Como funciona la espuma?

Las espumas extinguen fuegos producidos por combustibles o lıquidos inflamables actuando de 4formas distintas:A) Aısla el aire y en consecuencia el aporte del oxıgeno de los vapores inflamablesB) Elimina la emanacion de vapores inflamables por parte del combustibleC) Separa las llamas de la superficie del combustibleD) Enfrıa la superficie del combustible y su entorno

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Figura 7: Espuma

7.5. Formas de aplicacion de la espuma

7.5.1. Tecnica de rebote

Cuando se utilizan lanzadores de espumas se debe tener la precaucion de aplicar la misma de laforma mas suave que sea posible. La tecnica de rebote ayuda a esto al dirigir el chorro de espumacontra un obstaculo (pared, etc) y permitir que la espuma escurra sobre el fuego

Figura 8: Rebote

7.5.2. Tecnica de desplazamiento

Esta tecnica consiste en apuntar la lanza de forma tal que golpee el piso justo en frente de lasuperficie a extinguir. Ası la velocidad del flujo del chorro arrastrara la espuma hacia el combustibleencendido.

7.5.3. Tecnica de lluvia

Se dirige la lanza casi verticalmente para que la espuma al llegar a su maxima altura caiga enpeque´ as gotas sobre la superficie a atacar. El operador de la lanza debe ajustar la altura para cubrircon certeza la superficie afectada. Si bien esta forma de aplicacion provee un apagado rapido, cuandoel combustible estuvo ardiendo por mucho tiempo y se desarrollo una columna termica de importanciao bien en los dıas con mucho viento la tecnica puede no ser efectiva.

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Figura 9: Desplazamiento

Figura 10: Lluvia

8. TUBO DE VENTURI

El efecto Venturi (tambien conocido tubo de Venturi) consiste en que un fluido en movimientodentro de un conducto cerrado disminuye su presion al aumentar la velocidad despues de pasar poruna zona de seccion menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto,se produce una aspiracion del fluido contenido en este segundo conducto. Este efecto, demostrado en1797, recibe su nombre del fAsico italiano Giovanni Battista Venturi (1746.1822). El efecto Venturi seexplica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido esconstante pero la seccion disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta seccion.Por el teorema de la energıa si la energıa cinetica aumenta, la energıa determinada por el valor de lapresion disminuye forzosamente.

Figura 11: Tubo de venturi

Un tubo de Venturi es un dispositivo inicialmente disenado para medir la velocidad de un fluidoaprovechando el efecto Venturi. Sin embargo, algunos se utilizan para acelerar la velocidad de unfluido obligandole a atravesar un tubo estrecho en forma de cono. La aplicacion clasica de medida

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de velocidad de un fluido consiste en un tubo formado por dos secciones conicas unidas por un tuboestrecho en el que el fluido se desplaza consecuentemente a mayor velocidad. La presion en el tuboVenturi puede medirse por un tubo vertical en forma de U conectando la region ancha y la canalizacionestrecha. La diferencia de alturas del lıquido en el tubo en U permite medir la presion en ambos puntosy consecuentemente la velocidad. Cuando se utiliza un tubo de Venturi hay que tener en cuenta unfenomeno que se denomina cavitacion. Este fenomeno ocurre si la presion en alguna seccion del tuboes menor que la presion de vapor del fluido. Para este tipo particular de tubo, el riesgo de cavitacionse encuentra en la garganta del mismo, ya que aquı, al ser mınima el A¡rea y maxima la velocidad,la presion es la menor que se puede encontrar en el tubo. Cuando ocurre la cavitacion, se generanburbujas localmente, que se trasladan a lo largo del tubo. Si estas burbujas llegan a zonas de presionmas elevada, pueden colapsar produciendo ası picos de presion local con el riesgo potencial de danarla pared del tubo.

8.0.4. EJERCICIO

Un tubo de venturi tiene un diametro de 0.1548m y una presion de 42000 Pa en la parte masancha, en el diametro estrecho de 0.0768m una presion de 30000Pa determinar la velocidad del agua

Figura 12: ejercicio

a1 = 0,0768mb2 = 0, 1548mP1 = 3x104PaP2 = 4,2x104Pa

A1 = πD2

4 = π(0,0768)2

4 = 4,632m2

A2 = πD2

4 = π(0,01548)2

4 = 0,0188m2

V1 = A2V2A1

= 0,0188xV24 = 4,058x10−3V2

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9. APLICACION DEL TUBO DE VENTURI

El metodo venturi es el mas usado por la simpleza del funcionamiento. La reduccion del area deS1 a S2, PRODUCE UN INCREMENTO EN LA VELOCIDAD en el punto 2, y por consiguienteuna disminucion en la presion, este efecto hace que el espumogeno sea succionado por la corriente deagua, e introducida en esta. El proporcionador extrae el espumogeno de un recipiente o depoosito porEFECTO VENTURI, utilizando la PRESION DE TRABAJO de la corriente de agua que pasa por lamanguera en el que esta instalado, volviendo a inyectar el concetrado espumante de la lınea de agua.La reduccion de seccion de la boquilla trae como consecuencia que la velocidad de circulacion del aguapor la camara de mezcla sea elevada provocando una depresion (vacıo) en la misma trasladandosedicha depresion hacia la lınea de succion.

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Figura 13: INTERIOR DEL PITON O LANZADOR

Figura 14: TUBO DE VENTURI APLICACION

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