Materia de estudio
Resumen del tema con citas literales de la normativa oficial. Lee los apuntes y luego pon a prueba lo que has aprendido en el test.
El tema de hidráulica básica es uno de los más técnicos del temario de Bomberos del Ayuntamiento de Madrid. Aparece en exámenes con preguntas sobre fórmulas, unidades de medida y aplicaciones prácticas en sistemas de extinción de incendios. Dominar estos conceptos es imprescindible para entender el funcionamiento de las instalaciones de protección contra incendios reguladas por el Reglamento de Instalaciones de Protección contra Incendios (RIPCI) y el Código Técnico de la Edificación (CTE-DB-HS).
Marco normativo
Las afirmaciones técnicas de este tema se apoyan en las siguientes normas:
- Real Decreto 2032/2009, de 30 de diciembre, por el que se establecen las unidades legales de medida. Fija las unidades del Sistema Internacional (SI) aplicables a magnitudes hidráulicas.
- Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero, criterios sanitarios del agua de consumo humano. Establece parámetros de presión y caudal en redes de distribución.
- Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para tuberías de abastecimiento de agua (PPTG). Regula características de conducciones, pérdidas de carga admisibles y velocidades de circulación.
- Código Técnico de la Edificación, Documento Básico HS Salubridad (CTE-DB-HS). Sección HS-4: instalaciones de suministro de agua en edificios.
- Reglamento de Instalaciones de Protección contra Incendios (RIPCI). Exige presiones y caudales mínimos en bocas de incendio equipadas (BIE) y rociadores.
- Real Decreto 2032/2009: define las unidades legales de presión (pascal, Pa) y caudal (m³/s).
Propiedades de los fluidos
Un fluido es toda sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de una tensión tangencial, por pequeña que sea. Incluye líquidos y gases.
Densidad y peso específico
- Densidad (ρ): masa por unidad de volumen. Unidad SI: kg/m³ (art. 1 y Anexo I del RD 2032/2009).
- Peso específico (γ): peso por unidad de volumen. γ = ρ · g. Unidad SI: N/m³.
- Agua a 4 °C: ρ = 1.000 kg/m³; γ ≈ 9.810 N/m³.
Viscosidad
- Viscosidad dinámica (μ): resistencia interna al movimiento relativo entre capas de fluido. Unidad SI: Pa·s.
- Viscosidad cinemática (ν): ν = μ/ρ. Unidad SI: m²/s.
- A mayor temperatura, la viscosidad del agua disminuye.
Compresibilidad
- Los líquidos se consideran incompresibles a efectos prácticos en hidráulica de incendios.
- Los gases son compresibles: su densidad varía con la presión y la temperatura.
Presión de vapor y cavitación
- La presión de vapor es la presión a la que un líquido comienza a vaporizar a una temperatura dada.
- La cavitación ocurre cuando la presión local cae por debajo de la presión de vapor: se forman burbujas que dañan bombas y tuberías.
Hidrostática
La hidrostática estudia los fluidos en reposo.
Presión hidrostática
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La presión en un punto de un fluido en reposo depende únicamente de la profundidad:
p = p₀ + ρ · g · h
donde p₀ es la presión en la superficie libre, ρ la densidad, g la aceleración de la gravedad (≈ 9,81 m/s²) y h la profundidad.
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Unidad legal de presión: pascal (Pa) = N/m². En la práctica se usan también bar (1 bar = 100.000 Pa) y metros de columna de agua (m.c.a.).
-
1 m.c.a. ≈ 9.810 Pa ≈ 0,0981 bar.
Principio de Pascal
«La presión ejercida sobre un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones.» Base del funcionamiento de sistemas hidráulicos de rescate.
Principio de Arquímedes
Un cuerpo sumergido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado.
Vasos comunicantes
En fluidos en reposo conectados, la presión en puntos a la misma cota es igual, independientemente de la forma del recipiente.
Hidrodinámica
La hidrodinámica estudia los fluidos en movimiento.
Tipos de flujo
- Laminar: las partículas siguen trayectorias paralelas. Número de Reynolds Re < 2.000.
- Turbulento: movimiento caótico. Re > 4.000.
- Transitorio: zona intermedia, 2.000 < Re < 4.000.
El número de Reynolds es adimensional:
Re = ρ · v · D / μ = v · D / ν
donde v es la velocidad media, D el diámetro de la tubería y ν la viscosidad cinemática.
Ecuación de continuidad
Para flujo incompresible en régimen permanente, el caudal másico se conserva:
Q = A₁ · v₁ = A₂ · v₂
donde Q es el caudal volumétrico (m³/s), A la sección transversal (m²) y v la velocidad (m/s). Si la sección disminuye, la velocidad aumenta.
Ecuación de Bernoulli
La ecuación de Bernoulli expresa la conservación de la energía por unidad de peso en un fluido ideal (incompresible, sin viscosidad, en régimen permanente):
p/γ + v²/(2g) + z = constante
Cada término tiene dimensión de longitud (metros):
- p/γ: altura de presión (m.c.a.)
- v²/(2g): altura cinética o de velocidad
- z: altura geométrica o potencial
La suma de los tres términos se denomina altura piezométrica total o energía específica.
Aplicaciones en extinción de incendios
- Al aumentar la velocidad en una lanza (sección menor), la presión disminuye.
- La diferencia de cota entre el depósito y la boca de incendio determina la presión disponible.
- El RIPCI exige presiones mínimas en BIE-25 y BIE-45 que se calculan aplicando Bernoulli con las pérdidas de carga.
Bernoulli real (con pérdidas)
En fluidos reales se añade el término de pérdidas de carga (h_f):
p₁/γ + v₁²/(2g) + z₁ = p₂/γ + v₂²/(2g) + z₂ + h_f
Pérdidas de carga
Las pérdidas de carga representan la energía disipada por rozamiento y turbulencias al circular el fluido.
Pérdidas continuas (Darcy-Weisbach)
h_f = f · (L/D) · v²/(2g)
- f: factor de fricción de Darcy (adimensional), función de Re y rugosidad relativa.
- L: longitud de la tubería (m).
- D: diámetro interior (m).
- v: velocidad media (m/s).
El PPTG limita la velocidad máxima de circulación en tuberías de abastecimiento a 2,5 m/s en condiciones normales, para controlar las pérdidas de carga y el golpe de ariete.
Pérdidas singulares (locales)
Producidas por codos, válvulas, ensanchamientos, bifurcaciones:
h_s = K · v²/(2g)
donde K es el coeficiente de pérdida singular, específico de cada accesorio.
Golpe de ariete
Sobrepresión transitoria producida por el cierre brusco de una válvula. Puede superar varias veces la presión de trabajo. El PPTG exige dispositivos de protección en conducciones de abastecimiento.
Datos numéricos y plazos que más se preguntan
- Densidad del agua: 1.000 kg/m³ a 4 °C.
- 1 bar = 100.000 Pa (RD 2032/2009, Anexo I).
- 1 m.c.a. ≈ 9.810 Pa.
- Flujo laminar: Re < 2.000; turbulento: Re > 4.000.
- Velocidad máxima en tuberías de abastecimiento: 2,5 m/s (PPTG).
- El CTE-DB-HS-4 fija una presión mínima en el punto de consumo de 100 kPa para grifos comunes y 150 kPa para fluxores y calentadores.
- Presión máxima en cualquier punto de la red interior de un edificio: 500 kPa (CTE-DB-HS-4).
Errores típicos del opositor
- Confundir presión estática con presión dinámica. La presión estática actúa perpendicularmente a la pared; la dinámica está asociada a la velocidad del fluido.
- Invertir la relación velocidad-presión en Bernoulli. Al aumentar la velocidad (sección menor), la presión disminuye, no aumenta.
- Confundir densidad con peso específico. La densidad es masa/volumen (kg/m³); el peso específico es fuerza/volumen (N/m³).
- Olvidar las pérdidas de carga en Bernoulli real. En fluidos reales siempre hay que añadir h_f al lado de aguas abajo.
- Creer que el flujo laminar es el habitual en incendios. En mangueras y tuberías de extinción el régimen es casi siempre turbulento (Re >> 4.000).
- Confundir bar y pascal. 1 bar = 10⁵ Pa, no 10³ Pa.
Trucos mnemotécnicos
- “P-V-Z constante”: las tres alturas de Bernoulli (Presión, Velocidad, Zeta geométrica) suman siempre lo mismo en fluido ideal.
- “2-4 Reynolds”: laminar por debajo de 2.000, turbulento por encima de 4.000. El “2” y el “4” van en orden.
- “Agua mil kilos”: densidad del agua = 1.000 kg/m³, fácil de recordar como “mil kilos por metro cúbico”.
- “Bar con cinco ceros”: 1 bar = 100.000 Pa = 10⁵ Pa → cinco ceros.
- “Sección pequeña, velocidad grande, presión chica”: resumen de la ecuación de continuidad + Bernoulli para lanzas de extinción.
- “2,5 es el límite”: velocidad máxima en tuberías de abastecimiento según el PPTG.