Reculul. Forta de reactie a tevilor

Reculul. Forta de reactie a tevilor

Jeturile de apa refulata asupra focarelor de incendiu pot fi compacte sau pulverizate. In deplasarea lor spre focar ele trebuie sa invinga rezistenta aerului, mai ales cand acesta este impurificat de fum si de particulele necesare.

Diferenta dintre temperatura zonei incendiului si cea a mediului din apropiere este apreciabila. Din aceasta cauza se produc curenti puternici de aer, care influenteaza asupra deplasarii jetului de apa. Traiectoria jetului este deviata si micsorata fapt ce face imposibil un atac direct (precis) asupra focarului de incendiu.

Miscarea in aer a jetului de apa poate fi determinata numai daca inaltimea de refulare, distanta de refulare si forma traiectoriei se studiaza analog cu miscarea proiectilelor in aer, adica balistic. Tot in acelasi scop este necesar sa fie rezolvata corespunzator si constructia tevilor de refulare.

Fara o studiere temeinica a deplasarii jetului de apa in aer si fara realizarea unor tevi de refulare cu indici constructivi superiori nu se poate obtine un jet compact de lungime mare.

In figura 70 este reprezentata, in plan vertical, traiectoria jetului de apa.

Fig. 70. Traiectoria jetului de apa

Elementele de baza ale traiectoriei jetului de apa sunt:

α - unghiul format de planul de refulare, care trece prin axul tevii cu orizontala, numit unghi tangential sau de nivel;

α₀ - unghiul de refulare a jetului de apa la iesirea din teava.

v₀ - viteza de iesire a jetului de apa;

v_z - viteza finala a jetului de apa;

α_z - unghiul de cadere a jetului de apa;

x - proiectia orizontala a traiectoriei jetului de apa;

T - durata traiectoriei jetului de apa;

V_x, V_y - componentele orizontale si verticale ale vitezei de curgere a jetului;

Y₁ - sageata traiectoriei jetului de apa.

Pentru a se determina legile de baza ale miscarii jetului se considera rezistenta aerului egala cu zero adica jetul de apa se deplaseaza in vid.

In acest caz asupra jetului de apa actioneaza numai forta gravitatiei terestre.

Dintr-o serie de calcule succesive se obtine ecuatia traiectoriei deschisa a jetului de apa in vid.

y = x tg α₀ - g₀x²/2v₀² cos² α₀      (1)

Daca se considera y = 0 se determina bataia jetului.

Prin inlocuiri se ajunge la valoarea:

x = v₀² sin 2 α₀/g (2)

Durata totala de curgere a jetului:

T = 2v₀ sin α₀/g (3)

Inatimea varfului traiectoriei jetului:

Y =      v₀² sin 2 α₀/2g (4)

Din relatia (2), considerand v₀ constant, se deduce ca la o anumita presiune bataia jetului depinde numai de unghiul de refulare α₀ (unghiul de iesire a jetului din teava).

Distanta maxima (bataia maxima) a jetului se determina pentru unghiul de refulare al carui sin 2α₀ = 1, deci α₀ = 45s.

Aceasta inseamna ca bataia cea mai lunga a unui jet se obtine la un unghi de refulare de 45s.

In acest caz distanta maxima (bataia jetului) este:

X_max = v_o²/g      (5)

De la o valoare vecina a lui 45s, orice marire a unghiului tangential produce o miscare a bataii.

Curbele jetului obtinute cu o viteza initiala a apei constanta si cu unghiuri tangentiale crescand de la 0s la 90s sunt infasurate intr-o curba tangenta comuna la toate traiectoriile. Aceasta curba se numeste curba de posibilitati (curba de invaluire).

Orice punct din interiorul curbei de posibilitati poate fi atins prin doua feluri de traiectorii (fig. 71): cu o traiectorie a jetului intinsa (sub traiectoria de bataie maxima) si cu o traiectorie verticala.

Fig. 71. Curba de posibilitati a jetului de apa.

Punctele individuale care se gasesc pe o curba de posibilitati se pot atinge numai cu o singura traiectorie, corespunzatoare unghiului de refulare α₀.

Inaltimea maxima de refulare (stropire) este:

H = v₀²/2g      (6)

In aer jeturile de apa nu ating valorile calculate pentru miscarea in vid. Este un lucru stabilit ca jetul de apa in miscare sa prin aer, dupa un anumit parcurs de la iesirea din ajutaj, se disperseaza (pulverizeaza) mai intai in particule mari, apoi din ce in ce mai fine. Cauza acestui fenomen se explica prin rezistenta aerului si fortelor interne produse de turbelenta.

La formarea picaturilor contribuie si tensiunea superficiala a apei.

Daca in vid inaltimea jetului este (2), in aer aceasta va fi mai redusa (h < H). In acest caz are valoarea:

h = H/1 + ψH (7)

in care:

H - presiunea la teava;

Ψ - un coeficient a carui valoare se arata in tabla 19.

Pentru calculul lui h se mai poate folosi formula:

h = H (1 - b H/d)      (8)

in care:

b - este un coeficient egal cu 11,3.10 ^-5;

d - diametrul ajutajului in m;

Lungimea jetului compact (portiunea integrara) se stabileste cu o formula empirica:

h = αh_c      (9)

Variatia coeficientului α in functie de inaltimea h_c se arata in fig. 72

Fig. 72. Variatia coeficientului α in functie de inaltimea h_c.

Tabela 19

Diametrul ajutajului in functie de valoarea coeficientului ψ

Raza de actiune a jetului se considera distanta dintre ajutaj si curba de posibilitati si se noteaza cu r.

Distanta dintre ajutaj si curba de posibilitati, pentru jeturi compacte, se noteaza cu r_c (fig. 73).

Fig. 73. Reprezentarea grafica a lui r_c si r

In portiunea dintre curbele a si b vor fi cuprinse acele puncte care pot fi atinse numai cu jeturi dispersate in timp ce sub curba b toate punctele pot fi atinse cu jeturi compacte.

Raza de actiune a jetului de apa se poate determina dupa formula empirica:

r = α` h      (10)

in care α` este un coeficient determinat experimental, a carui valoare se arata in tabela 20.

Tabela 20

Valoarea coeficientului α`

Forta de reactie. Eficacitatea unei tevi de refulare la un incendiu nu poate fi asigurata decat daca teava respectiva este manevrata corespunzator.

Se stie ca seful de teava depune un efort pentru a mentine teava de refulare in directia focarului, in acelasi timp ferindu-se de un eventual accident.

In principiu manevrabilitatea tevii de refulare depinde de forta de reactie dezvoltata pe teava, care este preluata de mainile sefului de teava.

Forta de reactie se poate calcula tinand seama de legea care se refera la marimea miscarii.

Prin sectiunea A a ajutajului unei tevi de refulare apa se scurge cu viteza v. Intr-un minut se debiteaza o cantitate de apa

Q = p V v

Acesteia ii corespunde un impuls:

H = m v = γ A v/g v = p A v

unde

γ este greutatea specifica apei;

g - acceleratia gravitatiei;

m - masa lichidului;

ρ = γ/g masa specifica

Marimea fortei de reactie R este egala cu marimea fortei F.

Forta de reactie R actioneaza insa in sens opus si ar trebui sa aiba sensul negativ.

Daca nu se tine seama de semn se determina valoarea lui R din formula:

R = p A v²      (11)

considerand v² = 2 g h si

ρ = γ/g

atunci

R = γ/g 2g A h = 2A hγ

dar cum h γ =       p (presiunea)

atunci R = 2 A p (12)

Deci forta de reactie este egala cu dublul suprafetei ajutajului inmultit cu presiunea p, masurata la ajutaj. Aceasta inseamna ca forta de reactie se mareste, pentru un anumit ajutaj, proportional cu presiunea de lucru p.

Daca se ia A = π/d²/4 p = 1,57 d² p

Deci forta de reactie creste cu patratul diametrului ajutajului. In consecinta, daca diametrul se mareste de trei ori, forta de reactie se mareste de noua ori.

Debitul real este mai mic decat debitul teorectic din cauza coeficientului de ingustare α.

Luand in consideratie sectiunea reala a jetului de apa si anume A_s = α A, atunci marimea reala a fortei de reactie va fi:

R₆ = 2 A_s = 2αA p (13)

Valoarea coeficientului α este aproximativ de 0,97.

Pentru nevoile practice valorile fortelor de reactie sunt date in tabela 21 si in diagrama din figura 74.

Fig. 74. Valorea fortelor de reactie in functie de ajutaj si presiune.

In practica limitele fortei de reactie sunt stabilite la valorile de 20 kgf si 50 kgf.

La o forta de reactie de 20 kgf teava de refulare poate fi manevrata cu usurinta pentru stingerea incendiului (se tine usor in maini).

La o forta de reactie intre 20 kgf si 50 kgf trebuie sa se depuna deja o forta considerabila pentru manuirea tevii de refulare.

Daca forta de reactie depaseste 50 kgf seful de teava trebuie asigurat cu cordita.

In sfarsit, la o forta de reactie de peste 80 kgf trebuie sa se foloseasca tevi de refulare speciale (pe afet, tunuri de apa).

In diagrama din figura 74 limitele aratate mai sus sunt reprezentate prin linii orizontale intrerupte, care intersecteaza dreptele diametrelor ajutajelor in locurile in care se indica presiunea maxina la ajutaj, decisiva pentru manevrarea tevii de refulare.

Astfel, o teava cu un ajutaj cu diametrul de 18 mm poate fi manevrata cu usurinta pana la presiunea apei de 40 m H₂O.

Tabela 21

Forta de reactie in kgf in functie de presiunea

la teava de refulare si de diametrul tevii in mm