Calculo de agua IOWA

IOWA

Estimación del flujo de fuego requerido:
la fórmula de Iowa

Como se discutió en Estimación del flujo de fuego requerido: La fórmula de la Academia Nacional de Bomberos , hay varias formas de estimar el flujo de fuego requerido (total) o la tasa de flujo táctica (requerida para un ataque de fuego). Esta publicación examina el trabajo pionero de Keith Royer y Floyd W. (Bill) Nelson en el desarrollo de un método para identificar el volumen y el flujo de agua necesarios para el control de incendios con niebla de agua.

El servicio de bomberos a menudo acepta (o rechaza) conceptos, teorías y prácticas basadas en lo que está escrito en manuales de capacitación, revistas especializadas o presentado por oradores reconocidos. Otros toman el mensaje y lo transmiten, tratando de mejorar o simplificar el mensaje. Se puede perder mucho en la traducción. Si bien estamos fuertemente influenciados por la tradición, ocasionalmente olvidamos la historia, y el valioso trabajo realizado por nuestros predecesores se olvida o se malinterpreta. Esto es particularmente cierto en el caso con respecto a las fórmulas de volumen y tasa de flujo de Royer y Nelson.

Orígenes de la fórmula de Iowa

En 1951, Keith Royer y Floyd W. (Bill) Nelson fueron contratados por la Universidad Estatal de Iowa para administrar el Programa de Capacitación en Fuego del Servicio de Extensión de Ingeniería. Royer y Nelson se involucraron en el Comité Exploratorio sobre la Aplicación del Agua, un equipo de investigación compuesto por representantes del servicio de bomberos, ingenieros de protección contra incendios y seguros contra incendios. El trabajo principal del Comité Exploratorio fue la investigación del uso de niebla de agua para combatir incendios.

Una pregunta crítica que enfrentaron Royer y Nelson fue ¿cuánta agua era necesaria para controlar un incendio con niebla de agua? En su libro Qualitative Fire Behavior (1989), Nelson observó: “En principio, la extinción de incendios es muy simple. Todo lo que se necesita hacer es poner la cantidad correcta de agua en el lugar correcto y el fuego está controlado ”. Royer y Nelson reconocieron que la liberación de calor del fuego debe equilibrarse con la energía necesaria para calentar el agua hasta su punto de ebullición y cambiar al vapor. A través de su investigación, descubrieron que muy poca o demasiada agua era considerablemente menos efectiva que la cantidad correcta.

Nota: Si bien las matemáticas son considerablemente más simples cuando se utilizan unidades internacionales estándar (SI), Royer y Nelson hicieron su trabajo en unidades tradicionales (por ejemplo, pies, galones, unidades térmicas británicas, grados Fahrenheit). Por ahora, me quedaré con las unidades tradicionales para ilustrar cómo se desarrolló la Fórmula de Iowa. Uso seguro y eficaz de boquillas de niebla: investigación y práctica (Wiseman & Bertrand, 2003) incluye la adaptación de la fórmula al uso de unidades SI.

Con base en los resultados de su investigación sobre la extinción de incendios en compartimentos, Royer y Nelson desarrollaron la siguiente fórmula para determinar el volumen de agua (en galones) necesario para controlar un incendio en un compartimento de tamaño determinado.

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Royer y Nelson basaron esta fórmula en los siguientes dos conceptos:

1. El agua convertida en vapor se expande en una proporción de 1700: 1, como resultado, un galón de agua (0,13 pies 3 ) produce 221 pies 3 de vapor. Sin embargo, en la aplicación práctica, es poco probable que toda el agua se convierta en vapor. Royer y Nelson estimaron la eficiencia de esta conversión en 90%, lo que resultó en una producción de 198,9 pies 3 de vapor por galón. Redondearon este valor a 200 para simplificar el cálculo.
2. En 1955, Factory Mutual Laboratories determinó que la oxidación de combustible ordinario con 1 pie 3 de oxígeno (a temperatura y presión estándar) resultó en la liberación de 535 unidades térmicas británicas (Btu) de energía. Con base en una concentración de oxígeno atmosférico del 21% y una reducción sustancial o el cese de la combustión en llamas a una concentración del 15%, Royer y Nelson estimaron que el siete por ciento (de la concentración atmosférica de oxígeno) estaba disponible para soportar la combustión en llamas. Esto los llevó a estimar que la combustión de combustible ordinario con 1 pie 3 de aire daría como resultado una liberación de 37 Btu. La combustión de combustible ordinario con 200 pies 3 de aire (por lo tanto, liberaría 7,400 Btu. Un galón de agua, elevado de una temperatura de 62 o F a 212o F y completamente convertido en vapor absorberá 9330 Btu. Al igual que con su cálculo para la producción de vapor, se puede aplicar un factor de eficiencia del 90%, lo que da como resultado una absorción de 8397 Btu. Esto ilustra que un solo galón de agua convertido en vapor absorberá la energía liberada por la combustión de combustible ordinario con 200 pies 3 de aire.

Nota: Existen algunos problemas al usar el volumen cuando se habla de la energía liberada en función de la cantidad de oxígeno o aire en la reacción de combustión. El principal es la variación de volumen en función de la temperatura. Sería más apropiado hablar con la masa de oxígeno o aire. Sin embargo, Royer y Nelson basaron su enfoque en el volumen, por lo que seguiremos esta línea de razonamiento (reconociendo que, si bien es simple de entender, tiene limitaciones significativas).

Royer y Nelson utilizaron estos conceptos para respaldar su fórmula para determinar el volumen de agua necesario para controlar un incendio con niebla de agua.

Volumen y tasa de flujo

La fórmula del volumen, aunque fue un buen comienzo, todavía no identificaba el caudal requerido. El volumen requerido podría entregarse durante varios períodos de tiempo y aún controlar el fuego. Si se aplicó agua durante un período de un minuto, la fórmula de volumen podría usarse para determinar directamente la tasa de flujo. Sin embargo, Royer y Nelson estimaron que si se aplicaba agua en el lugar correcto, la mayoría de los incendios podrían controlarse (pero no necesariamente extinguirse) con niebla de agua en menos de 30 segundos. Dado este período de tiempo, la fórmula de volumen se tradujo en la fórmula de tasa de flujo de la siguiente manera:

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