Spiegazione dei coefficienti delle manichette antincendio: valori di perdita per attrito e pressione reale della pompa

Due operatori di pompe arrivano allo stesso edificio a tre piani e fanno scorrere lo stesso ugello nella stessa impostazione. Uno mantiene circa 50 psi in più sull'indicatore di scarico e nessuno dei due può spiegare il motivo. Nella maggior parte dei casi la risposta non è né la pompa né il motore. È il tubo, e nello specifico il coefficiente ad esso assegnato.

Ecco innanzitutto la conclusione. Un coefficiente della manichetta antincendio è un singolo numero che descrive quanta pressione consuma una sezione di manichetta antincendio da 100 piedi quando l'acqua si muove attraverso di essa a 100 galloni al minuto. Moltiplica quel numero per il quadrato del flusso e per la lunghezza in centinaia di piedi e ottieni la perdita per attrito. Ogni grafico, scorciatoia di campo e discussione sulle linee di attacco da 1,75 pollici contro 2 pollici nasce da quella relazione.

La conseguenza pratica è semplice. Se non conosci il coefficiente del tubo che effettivamente porti, stai indovinando la pressione della pompa. Questa ipotesi resta valida finché la linea non si allunga, il flusso non aumenta o il tubo non invecchia.

Cosa ti dice realmente il coefficiente di un tubo flessibile

La formula della perdita per attrito utilizzata dai vigili del fuoco del Nord America è abbastanza breve da poter essere memorizzata. FL è uguale a C moltiplicato per Q al quadrato moltiplicato per L. FL è la perdita di attrito in psi. Q è il flusso espresso in centinaia di galloni al minuto, quindi 250 gpm diventano 2,5. L è la lunghezza espressa in centinaia di piedi, quindi 200 piedi diventa 2. C è il coefficiente ed è l'unico termine nell'equazione che descrive il tubo stesso piuttosto che il modo in cui lo stai utilizzando.

Ciò è importante perché flusso e lunghezza vengono decisi sul pannello della pompa, mentre il coefficiente è una proprietà del tubo che si trova nel letto. Porta con sé il diametro interno, le condizioni del rivestimento, la ruvidità del rivestimento che preme contro l'acqua e la turbolenza creata ad ogni curva e accoppiamento lungo la linea.

Due linee entrambe etichettate 2,5 pollici possono portare coefficienti diversi. Il nuovo tubo rivestito in gomma e il tubo vecchio di quindici anni della stessa dimensione nominale non si comportano allo stesso modo, anche quando la stampa sulla guaina è identica.

Valori dei coefficienti standard in base alla dimensione del tubo

La maggior parte del materiale formativo negli Stati Uniti utilizza i valori pubblicati dall'IFSTA e dalla National Fire Academy. Costituiscono un punto di partenza ragionevole e sono citati abbastanza ampiamente da consentire a tutti coloro che si trovano sul posto di lavorare con gli stessi numeri.

Le ultime due colonne mostrano cosa fa in pratica il coefficiente. Raddoppiare il flusso non raddoppia la perdita, la moltiplica per quattro, perché Q è al quadrato. Una linea da 2 pollici a 200 gpm perde 32 psi ogni cento piedi, mentre la stessa linea a 100 gpm perde solo 8 psi.

Un esempio pratico che puoi ripetere sul fuoco

Prendi 200 piedi di tubo da 2 pollici che scorre a 250 gpm. Q è 2,5, L è 2 e C è 8.

FL equivale a 8 x 2,5 x 2,5 x 2, che equivale a 100 psi.

Ora aggiungi il resto del sistema. Un ugello nebulizzatore valutato a 100 psi necessita di 100 psi sulla punta. Dieci piedi di elevazione costano circa 4,3 psi, quindi un ugello al terzo piano aggiunge circa 13 psi. Una stella o un distributore aggiungono altri 10-25 psi a seconda dell'apparecchio e del flusso.

La pressione di scarico della pompa equivale a 100 più 100 più 13 più 10 o 223 psi.

Passa al tubo da 2,5 pollici e l'aritmetica cambia completamente. Gli stessi 250 gpm sugli stessi 200 piedi perdono 2 x 6,25 x 2, o 25 psi. Si tratta di un risparmio di 75 psi su una linea, ed è il caso completo dei tubi di grande diametro in un unico calcolo.

Dove il coefficiente inizia a spostarsi

Le tabelle pubblicate presuppongono un tubo nuovo, pulito e completamente rivestito. Il tubo da campo è diverso e diversi fattori spingono la perdita reale al di sopra del valore della tabella.

• Età del tubo e condizioni del rivestimento. La separazione del rivestimento, la muffa e l'abrasione aumentano la ruvidità effettiva. Una penalità del 20% su una linea più vecchia da 1,75 pollici non è insolita.
• Diametro interno effettivo. Le dimensioni nominali sono approssimative e la perdita di pressione varia all'incirca con l'inverso della quinta potenza del diametro, quindi un tubo leggermente sottodimensionato costa più di quanto la maggior parte degli operatori si aspetta.
• Temperatura dell'acqua. L'acqua fredda è più viscosa e richiede qualche psi in più su una lunga linea.
• Disposizione. Pieghe, curve strette attorno agli angoli e tubi schiacciati sotto una porta si comportano come una lunghezza extra che non viene mai visualizzata nella misurazione.

I punti di connessione meritano una nota a parte. Un accoppiamento correttamente accoppiato aggiunge una piccola perdita locale, mentre un giunto assemblato con una guarnizione attorcigliata o una testa parzialmente insediata ne aggiunge notevolmente di più. Una guarnizione piegata si legge sul manometro come un problema di coefficiente anche quando il tubo stesso è a posto. Il corretto montaggio è trattato in questa guida come deve essere collegato un giunto per manichetta antincendio .

Come giunti, adattatori e dispositivi aggiungono perdite nascoste

Ogni dispositivo tra la pompa e l'ugello ha una perdita propria e il metodo dei coefficienti non la include. La tabella descrive il tubo. Non dice nulla sull'hardware avvitato alle estremità.

Gli adattatori causano il maggior numero di sorprese. Il passaggio da uno standard nazionale a un altro, ad esempio l'inserimento di una linea Storz in un ingresso Machino, richiede un adattatore con una propria geometria interna. Un buon adattatore è corto, liscio e con passaggio completo. Uno scadente scende lungo la sezione trasversale e quel gradino si comporta come un pezzo di tubo più piccolo. Su una linea di alimentazione da 500 gpm, un adattatore che restringe il foro di un quarto di pollice può costare una pressione maggiore rispetto a 50 piedi del tubo a cui è collegato.

La regola pratica è scegliere un adattatore il cui diametro corrisponda al più piccolo dei due tubi ed evitare di impilare due adattatori dove ne va bene uno.

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Regole sul campo che mantengono onesta la matematica

Una volta che l’idea del coefficiente è chiara, una manciata di regole copre la maggior parte delle situazioni reali.

1. Scrivi la somma. La pressione di scarico della pompa è uguale alla pressione dell'ugello più la perdita di attrito più l'elevazione più la perdita dell'apparecchio. Un termine mancante è la causa più comune di un flusso debole.
2. Rispetta la piazza. Qualsiasi cambiamento nel flusso sposta la perdita di attrito del quadrato del rapporto. Alzare una linea da 150 a 200 gpm aumenta la perdita di circa il 78%.
3. Dividi le linee parallele prima di calcolare. Due linee siamesed uguali trasportano ciascuna metà del flusso totale e ciascuna perdono un quarto della pressione che perderebbe una singola linea che trasporta l'intero flusso.
4. Mantieni un coefficiente di lavoro per ciascun tipo di tubo nel tuo inventario, non solo per ciascuna dimensione.
5. Ricalcolare dopo qualsiasi modifica hardware. Un nuovo apparecchio, ugello o adattatore cambia il sistema, non solo il tubo.

La scelta dell'ugello rientra in questa aritmetica perché l'ugello imposta il flusso. Un ugello facile da pompare eccessivamente, o uno che consente all'operatore di modificare il flusso senza dirlo a nessuno al pannello, sposta il termine di perdita di attrito più di qualsiasi altra singola decisione. I modelli regolabili con impostazioni di flusso chiaramente contrassegnate rimuovono la maggior parte di tale ambiguità.

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Hardware che mantiene prevedibile la matematica dei coefficienti

C'è un limite alla quantità di problemi che è possibile risolvere dal pannello della pompa. Il resto deve essere integrato nell'hardware, ed è qui che il controllo dell'alesaggio e la tolleranza di produzione guadagnano il loro mantenimento.

Un giunto che mantiene un vero passaggio totale, ha una transizione interna fluida e accetta una guarnizione che si inserisce senza piegarsi, dà una perdita vicina al valore teorico per il suo diametro. Un giunto sottodimensionato, non rotondo o dotato di una fusione grezza aggiunge una caduta di pressione che nessun grafico potrà prevedere.

Questo è anche il motivo per cui le famiglie di accoppiamento standardizzate sono importanti. Una testa Storz, un giunto Machino, una filettatura NH o un giunto John Morris hanno ciascuno un foro e un profilo definiti, quindi un ingegnere può calcolare il sistema e aspettarsi che l'hardware corrisponda al calcolo. Mescolare gli standard a volte è inevitabile, ma dovrebbe essere fatto con un adattatore appositamente realizzato piuttosto che con una pila di raccordi improvvisati.

Sulle linee di alimentazione e relè di grande diametro il termine coefficiente domina l'intero calcolo della pressione della pompa, quindi la differenza tra un accoppiamento ben lavorato e uno marginale si vede direttamente sul manometro. Se la caduta di pressione su questo tipo di linea è il problema, ne vale la pena discutere il layout con il fornitore prima dell'ordine anziché dopo la prima esercitazione.

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I coefficienti delle manichette antincendio non sono complicati. Sono un numero per tipo di tubo, applicati attraverso una formula con tre termini. Ciò che richiede esperienza è sapere quando quel numero smette di essere vero, che di solito è quando il tubo è vecchio, il diametro non è quello dichiarato dalla giacca o l'hardware tra la pompa e l'ugello sta silenziosamente limitando il flusso.

Ottieni il coefficiente giusto per il tubo che effettivamente porti, aggiungi onestamente i termini dell'ugello, dell'elevazione e dell'apparecchio e la pressione della pompa smetterà di essere un'ipotesi. L'indicatore ti sorprenderà ancora di tanto in tanto, ma ti sorprenderà per un motivo che puoi trovare.