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ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL DE ZARAGOZA PROYECTO FIN DE CARRERA TÍTULO DEL PROYECTO: DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” ESPECIALIDAD: MECÁNICA CONVOCATORIA: SEPTIEMBRE 2011 ALUMNO: D. ABEL LACUEY LANDA DIRECTOR: Dr. MARCO CARRERA ALEGRE • RESUMEN: El proyecto planteado se refiere al diseño de un dispositivo mecánico que con suficiente capacidad, conseguirá pulverizar el monte, con la misión de crear una barrera contra el fuego, persiguiendo así dos objetivos en un incendio: dirigirlo y acotarlo, mediante la aplicación de Retardantes a largo plazo con medios terrestres. La barrera que creará el dispositivo, será una barrera química, compuesta por agua y retardante, en sus adecuadas proporciones, y abarcará una anchura comprendida entre 2 metros y 6 metros en la lucha contra los incendios forestales. El dispositivo finalmente desarrollado, contará con las siguientes ventajas frente a otros dispositivos y medios para la extinción de incendios: • Depósitos diferenciados: depósito de agua y depósitos de retardante. • El operario podrá controlar la concentración de retardante en el agua y además no estará expuesto al producto químico. • La pulverización será función de: la velocidad del vehículo, de las características del terreno, etc • El retardante sobrante al finalizar la jornada se podrá recuperar y volver ha almacenar; no quedando producto mezclado y pudiéndose reutilizar. Tras la finalización del diseño inicial del diseño mecánico, se proponen futuras líneas de trabajo: diseño en detalle, fabricación de cada elemento que lo compone, ensamblaje, prototipos, ensayos, etc DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 1 INDICE: 1.- INTRODUCCIÓN 2.- OBJETIVOS Y ALCANCE 3.- METODOLOGÍA Y PLAN DE TRABAJO 4.- DESCRIPCIÓN DEL DISPOSITIVO MECÁNICO 4.1- ESPECIFICACIONES INICIALES 4.1.1- EL RETARDANTE 4.1.2- LA BOQUILLA 4.2- FASE PREVIA - ESTUDIO DEL MERCADO ACTUAL 4.3- DISEÑO PRELIMINAR 4.4- CÁLCULOS 4.5- DISEÑO FINAL 4.6- VENTAJAS DE APLICACIÓN EN MEDIOS TERRETRES 4.7- PROTOCOLO DE ACTUACIÓN 5.- CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO 6.- BIBLIOGRAFÍA DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 2 1.-INTRODUCCIÓN DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 3 1. INTRODUCCIÓN El presente proyecto surge como una idea durante un incendio forestal, que en un principio parecía controlable, avanzaba lentamente y finalmente arraso 1000 hectáreas de monte que se estaba regenerando desde hacia 12 años (a causa de otro incendio de similares características). Breve descripción del incendio, que origino esta idea: 1º) El día 17 de marzo de 2010, en la zona denominada “Valdelocacho”, sito en el término municipal de Sos del Rey Católico, siendo las 19:00 horas se observaba como una columna de humo salía del monte; como conocedor del terreno accedí con el coche hasta un alto para observar si podía tratarse de un incendio forestal; cual fue la sorpresa de que efectivamente era un incendio pero de pequeñas dimensiones. A continuación se avisó al Agente Forestal de la zona. Figura 1.1: Inicio del Incendio 2º) Según anochecía, el incendio cogía fuerza y se descontrolo. Figura 1.2: El incendio 2 horas después de su comienzo 3º) Resultado del incendio: de 1000 a 1500 hectáreas de terreno quemadas. Figura 1.3: Vista panorámica del terreno afectado por el incendio, días más tarde DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 4 • Conclusiones e idea de este incendio: ¿Por qué no hay una maquina que vaya por los caminos / carreteras y riegue el monte creando un frente contra incendios? ¿Cómo es posible que con tanta cantidad de cortafuegos, carreteras, caminos,… el fuego consiga saltarlos y seguir su avance? Objeto de este proyecto, se plantea el diseño de un dispositivo mecánico que con suficiente capacidad, consiga regar el monte y cree una barrera contra el fuego, consiguiendo así dos funciones: dirigir el incendio y acotar perímetros de zonas que puedan causar graves consecuencias si son alcanzadas por un incendio (poblaciones, depósitos de gas,…) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 5 2.- OBJETIVOS Y ALCANCE DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 6 2.- OBJETIVOS Y ALCANCE El objetivo de este proyecto es sentar las bases para la aplicación de Retardantes a largo plazo con medios Terrestres (MM.TT) en la lucha contra los incendios forestales, creando cortafuegos químicos a través de un diseño mecánico de pulverización que combinándolo con una autobomba de extinción de incendios, cree una barrera química de unos de 2 a 6 metros de anchura gracias a la aplicación sobre el terreno de una mezcla compuesta por: agua y retardante; además dispondrá de una toma auxiliar para el caso de que haya que conectar una manguera que también eche la mezcla. Para alcanzar los objetivos anteriores se plantea en el proyecto la análisis preliminar de las siguientes fases: 1.-Estado del arte inicial en cuanto a dispositivos de control de incendios se refiere: Para extinguir los incendios forestales se utilizan diversas técnicas las cuales se pueden agrupar en dos grupos: ataque directo y ataque indirecto. El ataque Directo consiste en atacar directamente las llamas hasta lograr extinguirlas; lo pueden hacer personas con herramientas manuales: batefuegos, extintores de mochila, con mangueras, con el agua de las autobombas, con medios aéreos que apoyan a los medios de tierra, o lo puede hacer un bulldozer. Figura 2.1: Operarios con el Batefuegos (izda); Extintor de Mochila (centro); Medios Aéreos (dcha) El ataque Indirecto consiste en cercar los frentes de llama del incendio, entre líneas limpias de combustibles (líneas de defensa o de control), a través de las cuales no puede seguir avanzando el incendio. Las líneas de defensa, pueden ser barreras naturales (ríos, líneas de roca,…) o artificiales (carreteras, caminos, cortafuegos,…); para la construcción de las líneas de defensa, se pueden utilizar herramientas manuales, se pueden realizar con maquinaria o se pueden realizar aplicando productos químicos (retardantes) que hacen ignífugo al combustible. Figura 2.2: Líneas de Roca (izda); Cortafuegos (dcha) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 7 Fígura 2.3: Herramienta Manual: Azadón (izda); Uso de maquinaria: Bulldozer (dcha) 2. Análisis de las necesidades en base al estado del arte inicial: 1º) Un ataque indirecto, asegura la integridad de los operarios en un incendio, respecto del ataque directo. 2º) Un ataque directo con batefuegos, con una gran longitud de llama es muy peligroso para los operarios, puesto que con un cambio del viento puede peligrar su vida y sufrir quemaduras. 3º) La realización de un cortafuegos utilizando “el azadón”, requiere la presencia de muchos operarios, además del gran desgaste físico que ello conlleva. 4º) El uso de maquinaría pesada en la realización de cortafuegos, es efectiva, pero por el contrario conlleva largos periodos de trabajo para su creación. 3.- Criterios iniciales de diseño del dispositivo mecánico, los cuales cumplan con los objetivos marcados. 1º) El diseño del dispositivo mecánico, será una principalmente un método de ataque indirecto; aunque dispondrá de toma de manguera en el caso que se desee realizar un ataque tanto directo, como indirecto al incendio. 2º) El ataque indirecto se realizará a través de la creación de un cortafuegos químicos, gracias a las barras de pulverización. 3º) Según el tipo de vegetación existente en la zona del cortafuegos, el operario del dispositivo controlará la concentración de mezcla, así como la anchura del cortafuegos y así se conseguirá una mayor efectividad en la creación del cortafuegos químico. 4º) El dispositivo mecánico prescindirá de operarios (salvo el operario que lo maneje) que estén realizando cortafuegos manualmente; lo que implica que todos esos operarios estén realizando el apoyo en otras zonas del incendio. 5º) El diseño del dispositivo buscará la mayor efectividad posible a través de: gran poder de pulverización y conseguir elevada velocidad en el tratamiento, para así conseguir crear el cortafuegos químicos lo antes posible. 6º) El dispositivo al crear la barrera química, consigue que al entrar el fuego en contacto con ella disminuya el poder del frente de llamas y sea más fácil apagarlo, incluso que se apague directamente. Fígura 2.4: Avance del incendio hacia el cortafuegos químico(izda) y llegada al cortafuegos químico y su extinción (dcha) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 14 -Agentes retardantes: se usan en la construcción de cortafuegos; y hay tres tipos: concentrado “en polvo”, concentrado “fluido”, y concentrado “líquido • Composición: La composición retardante de incendios se prepara mezclando sulfato amónico e inhibidor de corrosión para formar un componente líquido. El óxido de hierro, el espesante, y el inhibidor de la putrefacción se mezclan con agua para formar una solución. Se proporcionan retardantes del fuego coloreados, y los métodos de elaboración y utilización de los mismos, que incluyen composiciones retardantes del fuego incoloras o mínimamente coloreadas y un colorante. El colorante es una dispersión acuosa, solución, o suspensión que incluye un pigmento no fugaz insoluble, por ejemplo, óxido de hierro rojo o dióxido de titanio. El pigmento de la dispersión acuosa se añade a las composiciones retardantes del fuego incoloras o mínimamente coloreadas en un momento próximo a la descarga del retardante en el combustible. Por lo tanto, un usuario tiene el control sobre el tipo y cantidad de colorante añadido a las composiciones retardantes del fuego. • El pigmento: El pigmento no fugaz es dispersable en la solución o colorante suspendido de la invención suspendido. Cualquier pigmento no fugaz puede ser empleado en las composiciones del retardante. Los pigmentos no fugaces adecuados incluyen, pero no se limitan a óxidos de hierro, incluyendo óxido de hierro rojo y amarillo, además de dióxido de titanio, un pigmento blanco, óxido de antimonio, titaniato de potasio, ferrita, y azul de cianuro de hierro. El tamaño promedio de las partículas insolubles, no fugaces usadas para formar un colorante de dispersión de pigmento acuoso es menor de 10 micrómetros (µm), preferiblemente menor de 5µm, y mucho más preferiblemente menores de 1µm. Las partículas de menor tamaño son más efectivas al quedar dispersas o suspendidas en un medio acuoso, por ejemplo, agua, sin asentamiento, cuando no se imparte agitación o cualquier otro tipo de energía. • La opacidad y %: La opacidad, la intensidad del color transmitida de la película húmeda, y la intensidad del color reflejada de la película seca aumenta con el nivel de cobertura. Las composiciones retardantes del fuego proporcionan una visibilidad efectiva en los niveles de cobertura normalmente requeridos en el campo. El porcentaje de luz transmitida a través de la película disminuye (la opacidad aumenta) y la intensidad del color aumenta con el grosor de la película y el nivel de cobertura. La transmisión de la luz disminuye (opacificación aumenta) a medida que la película se seca. • Factores a tener en cuenta en la aplicación de retardantes: -La proporción adecuada de la mezcla es: DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 15 -20 % de concentrado de retardante amónico -80 % de agua. -Distancia entre el frente de llamas y el Cortafuegos Químico inicial. -Relación entre la longitud de llama y la anchura del Cortafuegos Químico -Relación entre la dosificación por metro cuadrado del tratamiento y la estructura del combustible. -Relación coste/eficacia en la aplicación de retardante amónico. -Situaciones en los que está indicado la aplicación retardante amónico con Medios Terrestres: -Incendios simultáneos y de varios frentes. -Incendios que amenazan viviendas, naves industriales, instalaciones y otros bienes. -Incendios de gran energía. -Incendios de copas. Técnica del contrafuego apoyado en un Cortafuegos Químico. • Medidas y datos más relevantes del retardante de llama que va a usar el prototipo 1. Identificación del Producto: - Nombre comercial: BUMA FR 134 T - Utilización del producto/de la elaboración: RETARDANTE DE LLAMA - Fabricante/distribuidor: BUMA ADVANCED TECHNOLOGIES, S.L. - Descripción: Concentrado acuoso de Polifosfato Amónico - Componentes peligrosos: Ninguno. 2. Primeros auxilios - Instrucciones generales: No se precisan medidas especiales. - En caso de inhalación del producto: Suministrar aire fresco. En caso de trastornos, consultar al médico. Protección: Filtro P1 - En caso de contacto con la piel: Por regla general, el producto no irrita la piel. Protección: Guantes de protección. - En caso de contacto con los ojos: Limpiar los ojos abiertos durante varios minutos con agua corriente y consultar un médico. Protección: Gafas de protección. - En caso de ingestión: Consultar un médico si los trastornos persisten. 3. Medidas en caso de vertido accidental - Medidas preventivas relativas a personas: No es necesario. - Medidas para la protección del medio ambiente: Evitar que penetre en la canalización/aguas de superficie/aguas subterráneas. - Procedimiento de limpieza/recepción: Recoger mecánicamente. - Indicaciones adicionales: No se desprenden sustancias peligrosas. 4. Manipulación y almacenamiento - Instrucciones para una manipulación segura: No se requieren medidas especiales. - Prevención de incendios y explosiones: No se requieren medidas especiales. - Indicaciones adicionales sobre las condiciones de almacenamiento: Almacenar en un lugar seco. DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 16 5. Propiedades físicas y químicas - Datos Generales: - Forma: Líquido. - Color: Rojo Oscuro. - Olor: Inodoro. - Autoinflamabilidad: El producto no es autoinflamable. - Peligro de explosión: El producto no es explosivo. - Densidad a 20ºC: 1,34-1,36 g/cm3. - Solubilidad en /miscibilidad con agua: Completamente mezclable. - Valor pH a 20ºC: 6. - Descomposición térmica /condiciones que deben evitarse: No se descompone al emplearse adecuadamente. - Reacciones peligrosas: No se conocen reacciones peligrosas. - Productos de descomposición peligrosos: Amoniaco y Ácido Fosfórico. 6. Información toxicológica - Toxicidad aguda: - Valores LD/LC50 (dosis letal/dosis letal = 50%) relevantes para la clasificación: - Dermal LD50 >5000 mg/kg (rat) - Efecto estimulante primario: - En la piel: No produce irritaciones. - En el ojo: No produce irritaciones. - Sensibilización: No se conoce ningún efecto sensibilizante. - Indicaciones toxicológicas adicionales: según la información del producto no produce ningún efecto perjudicial para la salud cuando se maneja adecuadamente y se emplea con los fines especificados. 7. Información ecológica - Indicaciones generales: Nivel de riesgo para el agua 1 (autoclasificación): escasamente peligroso para el agua. No dejar que se infiltre en aguas subterráneas, aguas superficiales o en alcantarillados. 4.1.2- LA BOQUILLA PULVERIZADORA • ¿Qué es? Es el elemento a través del cual se realiza la pulverización de un producto líquido; del tipo de boquilla dependerá la calidad y las prestaciones del pulverizador. Todos los componentes del mismo resultan importantes para la aplicación, pero serán las boquillas las que tendrán la mayor influencia en el resultado del producto químico aplicado. Figura 4.2: Despiece de una boquilla DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 17 • Parámetros a tener en cuenta con las boquillas: -Volumen a aplicar en litros por hectárea (l/ha) -Cobertura a realizar -Ángulo de pulverización -Caudal nominal -Presión de trabajo -Calidad de distribución del fluido -El tamaño de gota y la cobertura. -El grado de retención de las gotas. -El grado de deriva y pérdidas al suelo. -Viscosidad. -Tensión Superficial del líquido. -Temperatura. • Materiales de las boquillas: Para cada boquilla hay una selección de materiales "estándar" que han sido determinados para satisfacer las necesidades habituales de las aplicaciones mas comúnmente relacionadas con ese tipo de boquilla. Los materiales estándar incluyen bronce, acero, hierro fundido, varios aceros inoxidables, aceros inoxidables endurecidos, muchos plásticos y varios carburos. Figura 4.3: Materiales de las boquillas: Bronce (izda); Termoplástico (centro); Cerámica (dcha) • Formas de crear la gota: Formación de la Gota Transporte de la Gota Equipo Energía Cinética Pulverizador Hidráulico Presión del Liquido Corriente de Aire Pulverizador Hidroneumático Corriente de Aire Corriente de Aire Pulverizador Neumático Energía Cinética Pulverizador Centrífugo Fuerza Centrifuga Corriente de Aire P.C. + Asistencia Aire Evaporación Gases de Escape Termonebulizador Tabla 4.1: Formas de crear la gota de agua y espectro de la forma a la salida (abajo) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 18 • Tipos de boquillas de pulverización: Denominación Forma Patrón Ángulos Cono Hueco (turbulencia) De 40º a 165º Cono Hueco (deflector) De 100º a 180º Cono Hueco (espiral) De 50º a 180º Cono Lleno De 15º a 125º Cono Lleno (espiral) De 50º a 170º Aspersión Plana (bordes Ahusados) De 15º a 110º Aspersión Plana (Uniforme) De 25º a 65º DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 19 Aspersión Plana (deflector) De 15º a 150º Chorro Sólido 0º Aspersión Fina (espiral) De 35º a 165º Tabla 4.2: Tipos de Boquillas, Forma, Patrón y Ángulos de Pulverización Otros tipos de Boquillas: de Baja Deriva; con Inyección de Aire; de Chorro Múltiple; de Fin de Línea; para Lavado del Depósito;… • Desgaste de las boquillas: El desgaste de la boquilla esta típicamente caracterizado por un incremento en la capacidad, seguido por un deterioro general del patrón de aspersión. Las boquillas de aspersión plana con orificios elípticos experimentan un estrechamiento del patrón de aspersión. En otros patrones de aspersión, la distribución dentro del patrón se deteriora sin afectar sustancialmente el área de cobertura. El aumento en la capacidad de la boquilla se puede detectar en algunos casos por la disminución en la presión del sistema, particularmente si se utilizan bombas de desplazamiento positivo. También hay disponibles materiales que ofrecen mayor resistencia a la corrosión. Sin embargo, el rango de corrosión química en distintos materiales dependerá de la solución que se asperje. Las propiedades corrosivas del líquido asperjado, su porcentaje de concentración y la temperatura, así como la resistencia a la corrosión del material de la boquilla se deben considerar. Figura 4.4: Desgaste de las Boquillas DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 20 • Limpieza de boquillas y verificación: Una distribución uniforme del líquido resulta indispensable para sacar todo el partido del producto. Las boquillas sucias o taponadas producen una distribución deficiente. La limpieza de las boquillas debe hacerse con agua clara y un cepillo suave. La limpieza y Verificación se realizara: -Una vez a la semana, verificar visualmente como mínimo las boquillas de cada sector de la barra. -Cambie las boquillas cuando el caudal de alguna de ellas excede en un 15 % el caudal nominal. Figura 4.5: Dosificación correcta (+) e incorrecta(-) 4.2- FASE PREVIA - ESTUDIO DEL MERCADO ACTUAL • Autobomba objeto del proyecto: “Autobomba Forestal Pesada BFP 3000l” -Datos técnicos: -Chasis: Tipo: MB UNIMOG U400 Potencia: 218 CV a 2200 rpm Baterías: 2 x 12 V / 125 Ah Alternador: 28 V / 80ª Distancia entre ejes.: 3250 mm Longitud total: 6140 mm Anchura total: 2450 mm Altura total: 3020 mm PMA: -Eje delantero: 4500 kg -Eje trasero: 5800 kg -Total: 10000 kg -Tanque de agua: Capacidad: 3000l Material: Poliéster reforzado con fibra de vidrio. Boca de Hombre: desmontable Ø 500 mm Rebosadero: con dispositivo de sobre-presión Nivel de Tanque: eléctrico, fludometro Hidrantes: válvula de bola de 2 ½”, con racor y rapa retenida por cadenilla, situada en ambos laterales del vehículo. Llenado del Tanque: válvula de bola DN 25 DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 21 Conexión Aspiración: válvula de mariposa DN 100 Drenaje: Válvula de bola DN 25 -Bomba: Capacidad: 2000l/min a 10 bar 400l/min a 40 bar Diseño: Etapa de baja presión: 1 etapa Etapa de alta presión: 3 etapas. Velocidad Bomba: máximo 4200 rpm Sentido Giro: derecha Capacidad de trabajo: de -15,5 ºC a +50,5ºC Conexión Aspiración tanque: válvula de mariposa DN 125 Bomba de Cebado: capacidad: a 3.o m de altura: 5 segundo A 7,5 m de altura: 21 segundos -Equipo de Autoprotección: Si; dispone de 11 difusores de agua repartidos por el contorno del vehículo • Otros tipos de Autobombas( datos más relevantes): -Modelo: TLF 3.500-50 4X4: -Tipo de Estructura: chasis de aluminio11000 kgMB UNIMOG U 5000 / 4x4 -Dimensiones: -Largo: 5854 mm -Ancho: 2500 mm -Alto: 3100 mm -Deposito: -Material: Plástico con fibra de vidrio -Capacidad: 4000 l -Bomba: -Tipo: Alta.; Caudal: 400 l/min a 40 bar. Baja: caudal: 3000 l/min 10 bar -Modelo: TLF 3.500-50 4X4 -Tipo de Estructura: chasis de aluminio12090 kg -Dimensiones: -Largo: 6720 mm -Ancho: 2460 mm -Alto: 3180 mm -Deposito Agua: fibra de vidrio. -Capacidad: 3500 l -Deposito Espuma: plastico + fibra de vidrio -Capacidad: 50l -Bomba: -Tipo: Alta ; Caudal: 400 l/min a 40 bar. Baja: Caudal 3000l/min a 10 bar. Espuma: Rango de trabajo 0,5-10% DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 22 -Modelo: TLF 4000 4X4 -Tipo de Estructura: chasis de aluminio14000 kg -Dimensiones: -Largo: 7200 mm -Ancho: 2500 mm -Alto: 3300 mm -Deposito: -Material: Plástico con fibra de vidrio -Capacidad: 4000 l -Bomba: -Tipo: Alta, caudal: 400 l/min a 40 bar Baja: caudal 3000 l/min a 10 bar • Equipos de pulverización: -Equipos suspendidos / arrastrados Figura 4.6: Equipo pulverización: suspendido (izda); arrastrado (dcha) Figura 4.7: formas de operar de los equipos de pulverización • ¿Existe algún equipo que sea: Autobomba + Sistema Pulverizador? Figura 4.8: Unimog de Buma (izda); Autobomba de Arizona(dcha) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 23 4.3- DISEÑO PRELIMINAR Figura 4.9: Diseño preliminar del dispositivo mecánico El prototipo desarrollado tendrá las siguientes elementos y dispositivos: -1- Depósito de agua: para el almacenaje del agua, que luego servirá como base para la mezcla con el retardante. -2- Depósito de Retardante: servirá de almacenaje del retardante, y teniendo dos depósitos de fluido diferenciados se podrá controlar la dosis de la mezcla. -3- Sistema de Autolimpieza: debido al estar usando productos químicos y algo corrosivos, mediante este sistema al terminar la jornada de trabajo este sistemas limpiara automáticamente todo el circuito del dispositivo, simplemente apretando un botón y no teniendo que estar el operario varias horas limpiando manualmente. -4- Sistema de Control: dispositivo a través del cual el operario tendrá el control de todo el dispositivo. -5- Sistema de Distribución: sistema gobernado por electroválvulas y a través del cual llega la mezcla a las barras pulverizadoras, teniendo así el control de la anchura del cortafuegos químico. -6- Toma para Manguera: conexión a través de la cual se podrá conectar una manguera en el caso que se precise su uso. -7- Barras Pulverizadoras: elemento sobre el que están instaladas las boquillas y delimitan la anchura del cortafuegos químico; se tendrá dos disposiciones distintas de DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 30 -Caso 2: dosis 2,5 l/m 2 y anchura de tratamiento: 6,4 m. 3000 l de mezcla / 2,5 l/m 2 = 1200 m 2 que se podrían tratar. 1200 m 2 / 6,4 metros anchura = 187,5 m lineales que se podrían tratar. -Caso 3: dosis 1,5 l/m 2 y anchura de tratamiento: 4,2 m. 3000 l de mezcla / 1,5 l/m 2 = 2000 m 2 que se podrían tratar. 2000 m 2 / 4,2 metros anchura = 476,19 m lineales que se podrían tratar. • CONCLUSIONES: Para la realización de las tablas de la parte superior, se ha analizado 1 tipo de boquilla, la elegida para el proyecto, la cuál puede tener distintos tipos de caudales: 50, 60, 70, 80, 90, 100 l/min; lo que interesa para el dispositivo mecánico es que la pulverización de la mezcla sobre el terreno, sea lo más rápidamente posible, puesto que ante la situación de un incendio, interesa que las acciones realizadas sean efectivas, lo que implica que cuanto más rápido, mejor. Entonces de las tablas se sacan las siguientes conclusiones: 1ª) Para cada caso analizado, la máxima velocidad de tratamiento, se alcanza con la boquilla de 100 l/min. 2ª) En todos los casos, si se aumenta la dosis de tratamiento y se mantiene fijo el número de boquillas que están pulverizando, la distancia que se puede tratar disminuye. 3ª) Si además de aumentar la dosis, se aumenta el número de boquillas que entren en funcionamiento, la distancia a tratar disminuye aún más. 4º) El rango de distancias en que funciona el dispositivo mecánico son las siguientes: -Máxima distancia: 3000 m; con las siguientes condiciones: dosis 0,5 l/m 2 , 2 boquillas, 2 m de anchura de tratamiento y V max =12 km/h. -Mínima distancia: 193,5 m; con las siguientes condiciones: dosis 2,5 l/m 2 , 8 boquillas, 6,4 m de anchura de tratamiento y V max =3,1 km/h. En cuanto a los tres casos analizados sobre la realización del tratamiento con manguera, decir para cada caso que: -Caso 1: El equipo tiene capacidad para realizar 3000 m lineales; pero por el contrario el operario a la velocidad establecida, solo puede recorrer 642,6 metros; lo que implica que para las condiciones analizadas, la zona tratada sería un zona tratada con exceso de mezcla. -Caso 2: Se pueden tratar 187,5 metros lineales y el operario puede recorrer 642,6 metros; este caso implica que si el operario va a la velocidad establecida, se va a producir un tratamiento pobre para las condiciones establecidas; por el contrario para realizar un tratamiento adecuado el operario deberá disminuir si velocidad para el tratamiento. -Caso 3: Este es el caso intermedio, en el que se tiene capacidad para tratar 476,19 metros y el operario puede recorrer 642,6 metros; de los tres casos analizados, este caso es el que más aproxima a la relación de distancia a tratar, con respecto a la distancia que puede recorrer el operario. DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 31 Decir sobre este caso especial, que solo se realizará el tratamiento a través de manguera para situaciones extraordinarias (zonas difícil acceso, por ejemplo) y que hay otros factores tales como: los tendidos de mangueras, la pérdida de carga, el factor de pendiente ascendente, etc, que pueden hacer que no llegue a la punta de lanza el caudal deseado. 4.5- DISEÑO FINAL -Depósito de agua: El depósito de agua de la autobomba, tiene una capacidad de 3000l; pero para el desarrollo de este proyecto, solo podrá disponer de una capacidad de 2400l, debido a las proporciones de mezcla con el retardante; que son de 1:5; lo que quiere decir que para 3000 litros de mezcla: 2400l serán de agua y 600l de retardante. Figura 4.10: Autobomba, deposito principal -Deposito de Retardante: El prototipo deberá de disponer de un volumen de retardante de 600 l; en este caso los 600 litros estarán repartidos en 2 depósitos de 300l de capacidad los cuales se dispondrán en los departamentos traseros de la autobomba forestal; además con esta disposición de los depósitos de retardante se consigue una mejora en la autobomba, que bajar el centro de gravedad, con la consiguiente mejora de disminución del vuelco de la misma. Figura 4.11: Depósito de Retardante Estos depósitos dispondrán de los siguientes sistemas: -Llenado y boca de hombre. -Vaciado manual. DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 32 -Control de presión -Control de nivel -Filtrado. -Autolimpieza -Rebosadero. -Boquilla limpieza interior deposito: -Sistema de Control: -Controlador de dosis: Dispositivo a través del cual el operario controlará la dosis en función de las características de la zona a tratar. Este dispositivo, regulara la dosis de retardante con el agua entre valores de 0,5 a 2,5 l/m2 de retardante. Otra función del controlador de dosis será al 0%; esta función servirá para que el usuario realice la autolimpieza de todo el sistema. Figura 4.12: Controlador de Dosis DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 33 -Sistema de Presión: Dispositivo mediante el cual, se va a dar presión al fluido objeto del tratamiento; este sistema funcionara en función del caudal de las boquillas y del numero de estas que estén en funcionamiento. Figura 4.13: Sistema de presión -Control de Caudal y Velocidad: Con la combinación de estos dos sistemas lo que se pretende es que una vez que el usuario ha ajustado la “dosis” del tratamiento, es sistema proporcione un caudal acorde con la velocidad de la autobomba, para que el tratamiento sea lo más homogéneo posible. Figura 4.14: Esquema del control de caudal y velocidad Con este sistema se evitan los siguientes problemas: -Tratamiento Pobre: es un tratamiento a velocidad elevada, en el cual no se a tratado la zona con la dosificación adecuada. -Tratamiento Rico: es un tratamiento a baja velocidad, el cual tratado una zona con excesiva dosificación. -Velocidad Cero: significa que si la autobomba está parada, el prototipo no deberá estar echando la mezcla a través de las barras pulverizadoras. Resultado del nivel de pulverización en función de la Velocidad de la Autobomba si el caudal suministrado fuera constante FORMA DEL TERRENO AUTOBOMBA LLANO SUBIDA BAJADA DESLIZANTE Giro Motor rpm Constante Disminuye Aumenta Constante Vel. de Avance Constante Disminuye Aumenta Disminuye Volumen / ha Constante Aumenta Disminuye Aumenta Resultado Dosis Correcta Dosis Excesiva Dosis Baja Dosis Excesiva Tabla 4.5: Niveles de pulverización, para un caudal constante DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 34 -Regulador de Ángulo de inclinación de las barras laterales: Con el regulador se consigue que si el operario, tenga control del ángulo que de las barras pulverizadoras durante el tratamiento. El ángulo de pulverización varía de 0º-90º: -0º: cuando las barras pulverizadoras están en reposo, en posición vertical. -90º: cuando las barras pulverizadoras están en posición horizontal alineadas con las barras centrales, con esta posición es la forma que más anchura de tratamiento se consigue. Figura 4.15: reguladores de giro -Autolimpieza: Sistema mediante el cual al acabar la jornada de trabajo el usuario realizara la limpieza de todo el sistema. Con esta función el sistema capta agua del depósito y la introduce a los depósitos de retardante que a través del sistema de limpieza de los mismos, los limpia de restos de retardante. El sistema de autolimpieza dispone en los depósitos de retardante de una boquilla la cual produce una ducha interna de todo el deposito y hace que el liquido que este en los depósitos salga a través de las boquillas; cuando el liquido resultante de la autolimpieza ya no sale del color del retardante, el sistema ha realizado correctamente la limpieza de todo el sistema. Esta operación se realizará al acabar la jornada, y destacar otra función de este dispositivo: “refrescar zonas quemada”. -Sistema de Distribución: Este sistema sirve para distribuir la mezcla a través de las barras pulverizadoras, y así conseguir la anchura de tratamiento deseada. El sistema dispone de: 1 entrada y 4 salidas de liquido; las cuatro salidas de liquido están controladas por electroválvulas, a través de las cuales el operario controla por que barras realiza el tratamiento y la anchura del mismo: Figura 4.16: Sistema de Distribución Antes del sistema de distribución, el prototipo dispondrá de una toma para el caso excepcional de tener que conectar una manguera para realizar el tratamiento de zonas de difícil acceso. DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 35 Figura 4.17: Conexión para Manguera -Barras Pulverizadoras: Las barras pulverizadoras son los elementos sobre los cuales se conectan las boquillas y están situadas a 1-1,1m de altura sobre el nivel del suelo y conectadas a través de tubería al sistema de distribución y gobernadas por las electroválvulas, disponen de dos boquillas cada una, separadas una distancia de 700mm para realizar el tratamiento. El prototipo dispone de 4 barras; 2 barras pulverizadoras van fijas en la parte trasera de la autobomba y controlan toda la anchura del vehiculo; las otras dos barras restante van colocadas en los laterales de la autobomba y son gobernadas por un motor (eléctrico / neumático), a través del cual se controla el ángulo de la barra para la pulverización del fluido. Las barras pulverizadoras de los laterales, también disponen de un sistema el cuál la barra cuando nos esta posición vertical, sino que esta con un ángulo por mínimo que sea, y en su camino se encuentra con un obstáculo con el que va a colisionar, la barra retrocede y se alinea con el camión, una vez que la barra a pasado este obstáculo mediante un sistema de muelles vuelve a su posición de trabajo. Este sistema se puede conseguir mediante un sistema de ultrasonidos el cual detecta obstáculos en el camino y realiza la función de alineación con el camino para evitar la colisión y deterioro de las barras pulverizadoras. La anchura que se alcanza según las barras que estén en funcionamiento son: -1 barra = 2 metros de anchura de tratamiento. -2 barras = 3,4 metros de anchura de tratamiento. -3 barras = 4,8 metros de anchura de tratamiento. -4 barras = 6,2 metros de anchura de tratamiento. Figura 4.18: Barra lateral con control de giro Figura 4.19: Barras centrales DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 36 • Descripción de las boquillas del prototipo: Las boquillas pulverizadoras son el último y principal elemento del prototipo, puesto que a través de ellas se realiza el tratamiento. Están dispuestas a una distancia de 700mm y tienen un ángulo de pulverización de 60ºy disponen de un caudal de hasta 100 l/min con la distancia y el ángulo de pulverización, se consigue para la altura de las mismas, que al realizar la pulverización a nivel de suelo los conos de las mismas se sumen y consigan una mejor barrera química y a 500mm del suelo, el tratamiento por unidad de área sea homogéneo; por ello el espectro de aspersión es “cono lleno y chorro plano” Con esta disposición de las boquillas se aborda un problema importante en lo que se refiere al tratamiento de superficies por pulverización: “la deriva” ( problema que consiste que durante el tratamiento, debido a la velocidad del aire, el tratamiento se desvíe de la zona de tratamiento y no se consiga un tratamiento uniforme.) Además del tipo de boquilla seleccionada para el prototipo, existe otro tipo de boquilla, que se denomina:”de final de línea”; la cual puede montarse en los finales de las barras para conseguir una mayor anchura de pulverización; el chorro que se obtiene es de gran capacidad de impacto. Usos para esta boquilla: cuando por las condiciones del terreno, vaya a ser casi imposible utilizar las barras laterales y el operario desee pulverizar una zona ancha. Figura 4.30: Patrón de Aspersión y Boquillas del prototipo Figura 4.21: Patrón de aspersión cuando están en funcionamiento todas boquillas DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 37 -Otros sistemas: -Cuadro de control: Dispositivo a través del cual el operario desde la cabina, gobernara y tendrá conocimiento de lo que sucede en el prototipo: antes, durante y después de su uso: niveles de los tanques (agua, retardante); barras en funcionamiento; control de la dosis; distancia aproximada que se puede recorrer con los niveles que dispone; indicación de la velocidad optima del tratamiento; gobierno del grado de inclinación de las barras; autolimpieza. Figura 4.22: Cuadro de control para el operario -Filtros: El sistema dispondrá de una serie de filtros, tanto para filtrar el agua del tanque que pasa al prototipo; como filtros para los depósitos del retardante para evitar que entren impurezas exteriores al circuito hidráulico, pero deberán dejar pasar las partículas del colorante del retardante. Otros filtros de que dispondrá estarán colocados: entre deposito y sistema de presión; entre salida de sistema de presión y sistema de distribución. Los filtros deberán estar dispuestos de tal manera que el operario pueda acceder a ellos lo más rápida y eficazmente posible, para su cambio. Figura 4.23: filtros de elevado tamaño de malla, para que puedan pasar las partículas del retardante -Sistema de Tuberías: el sistema será rígido en su totalidad, excepto las tuberías que conectan el sistema de distribución con las barras laterales, las cuales deberán ser flexibles debido a que van unidas a un sistema que tiene movimiento. Figura 4.24: Tubería rigida (izda) y flexible (derecha) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 38 -Válvulas: -De bola: para el vaciado manual de los depósitos de retardante en caso de que al acabar la jornada este total o parcialmente llenos. Figura 4.25: Válvula de Bola -De sobrepresión: para que en caso de que el circuito llegue a tener una elevada presión, abran el circuito y lo protejan de una posible sobrepresión. Figura 4.26: Válvula de Sobrepresión -Electroválvulas: Son las encargadas de permitir el paso del fluido a las distintas barras pulverizadoras a petición del operario. Figura 4.27: Electroválvula -Sensores: El prototipo dispondrá de los siguientes tipos de sensores: de presión (para los depósitos y sistema hidráulico, para no superar el umbral de presión y que la presión del fluido no reviente el circuito y se produzca la rotura del mismo); de nivel: para los depósitos de agua y retardante: para saber en todo momento, el volumen de que se dispone para realizar el tratamiento. Figura 4.28: Sensores: de presión (izda) y de nivel (dcha) DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 39 4.6- VENTAJAS DE APLICACIÓN EN MEDIOS TERRETRES Ventajas de las aplicaciones de Retardantes con Medios Terrestres respecto a los Medios Aéreos y también respecto la capacidad de trabajo de los bulldozer. • Medios Aéreos: -Altura media de descarga: superior a 15 metros sobre el objetivo. -Patrón de la descarga: elíptica: ancho en el centro y disminuye en los extremos. -Intervalo entre 2 descargas consecutivas: 40 minutos. -Longitud media que abarca un avión en la descarga: 100 metros. -Periodo de Trabajo: durante el día; mientras hay luz solar. -Coste: una descarga cuesta 3.605€ = Vuelo de cada descarga: 2.667€ + Concentrado de cada descarga 938€ Figura 4.29: Avión aplicando retardante • Bulldozer Es la principal máquina que se utiliza en la apertura de cortafuegos y caminos y en el mantenimiento de cortafuegos. La apertura de cortafuegos consiste en: apertura, construcción de drenajes y de pasada apta para la circulación de vehículos. Este proceso es distinto si la vegetación a eliminar es arbolado o matorral La creación de caminos consiste en: eliminación de la vegetación y de la capa de tierra vegetal; desmonte del camino; explanación del camino. El trabajo comenzará siempre desde la parte más alta hacia la parte más baja y si la pendiente del terreno lo permite. Se deberá tener en cuenta la anchura del cortafuegos a crear, puesto que una pasada del bulldozer mide aproximadamente 4 metros. Capacidad media de trabajo para la apertura de un cortafuegos: los datos abajo reflejados consisten en: apertura del cortafuegos de una anchura de 20 metros; lo que implica que el bulldozer crea un cortafuegos de 500 metros de longitud Pendiente % Rendimiento Horas /ha Coste €/ hora Coste por ha., € 0-10 6,00 340,92 10-30 6,50 369,33 >30 9,00 56,82 511,38 Tabla 4.6: Capacidad media de trabajo de un Bulldozer DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 46 5.- CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 47 5.- CONCLUSIONES Y FUTURAS LÍNEAS DE TRABAJO En este proyecto se ha planteado el diseño de un dispositivo mecánico que con suficiente capacidad, consiga regar el monte y cree una barrera contra el fuego, consiguiendo así dos funciones: dirigir el incendio y acotar perímetros de zonas que puedan causar graves consecuencias si son alcanzadas por un incendio (poblaciones, depósitos de gas,…). Con esto, el principal objetivo consiste en sentar las bases para la aplicación de Retardantes a largo plazo con medios Terrestres (MM.TT) en la lucha contra los incendios forestales, creando cortafuegos químicos a través de un diseño mecánico de pulverización que combinándolo con una autobomba de extinción de incendios, cree una barrera química de unos de 2 a 6 metros de anchura, gracias a la aplicación sobre el terreno de una mezcla compuesta por: agua y retardante; además dispondrá de una toma auxiliar para el caso de que haya que conectar una manguera que también eche la mezcla. El dispositivo finalmente desarrollado, cuenta con las siguientes ventajas frente a otros dispositivos y medios para la extinción de incendios: • El depósito de portador principal se carga con agua limpia, no con mezclas de productos químicos. • El producto químico concentrado se inyecta y se mezcla justo antes de salir pulverizado de la barra. • El operario del dispositivo mecánico no tiene casi exposición al agente químico (el retardante). • No hay que mezclar con antelación los productos químicos en el depósito principal, ya que cuenta con un controlador de mezcla; y además disponemos de la dosis adecuada en cada situación. • Al terminar la jornada de trabajo no quedan residuos de producto mezclado que haya que desechar; puesto que están en depósitos distintos, y además los depósitos de retardante disponen de válvulas de vaciado manual, consiguiendo así recuperar el producto para futuros usos. • El producto químico concentrado no utilizado permanece seguro en un depósito exclusivo; ya que la autobomba va siempre con la capacidad justa para las aplicaciones; lo que implica que al acabar el depósito de agua, también se acaba el de retardante y ello implica el tener que ir a repostar; y al ir a repostar es alli donde reposta las dos sustancias: agua y retardante. • Otra característica importante es que el dispositivo mecánico, pulveriza en función de la velocidad del vehículo(pero estando dentro de unos rangos de velocidad); interesante este apartado debido a que no siempre va a la misma velocidad, puesto que el monte es irregular(subidas, bajadas, terreno resbaladizo,…), además también puede darse la situación de que el vehiculo tenga que realizar maniobras o incluso que tenga que pararse cuando este en funcionamiento, por lo que en estas dos situaciones el dispositivo no pulverizara. • Y finalmente destacar la capacidad del dispositivo, por trabajar con la anchura de pulverización deseable, adecuada al terreno y a las circunstancias; que esto lo consigue gracias a las cuatro barras de pulverización. Como futuras líneas de trabajo, destacar las siguientes: 1. Diseño en detalle (planos) y fabricación (o adquisición, catálogos) de cada uno de los componentes que integran el conjunto, teniendo en cuenta DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 48 criterios de normativa reguladora, ensayos de corrosión, termofluencia, resistencia a impacto, fatiga, etc. 2. Ensamblaje de componentes y fabricación de un primer prototipo no comercializable. En este caso, se trata de desarrollar un primer conjunto para comprobar la validez de las hipótesis y resultados obtenidos en el diseño del dispositivo. 3. Ensayo del prototipo anterior frente a las hipótesis de diseño consideradas en el proyecto (capacidad de pulverización del sistema, autonomía, rigidez, resistencia, etc.). Además, deberán tenerse en cuenta todas aquellas pruebas necesarias para llevar a cabo una posible homologación del conjunto. 4. Desarrollo de prototipo final. Los resultados obtenidos del ensayo anterior servirán para llevar a cabo, previas a una posible comercialización, aquellas correcciones y/o cambios que se estimen convenientes con objeto de que el conjunto cumpla con todos los requisitos previamente establecidos 5. Finalización y comercialización del sistema, para dotar a principalmente a los cuerpos de bomberos que están situados cerca de los núcleos rurales, de este tipo de dispositivo mecánico para la extinción de incendios forestales. En Zaragoza a 1 de Septiembre de 2011 Fdo: D. Abel Lacuey Landa Fdo: Dr. Marco Carrera Alegre Alumno de la EUITIZ Director del Proyecto DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 49 6.- BIBLIOGRAFÍA DISPOSITIVO MECÁNICO PARA LA LUCHA CONTRA INCENDIOS FORESTALES: “BARRAS DE PULVERIZACIÓN” 50 6.- BIBLIOGRAFÍA • BIBLIOGRAFÍA: “Material Didáctico de Clase” (Diseño de Máquinas). “Infraestructuras de defensa contra incendios forestales” (Miguel Ángel Villalba Mezquita, AIFEMA, 2008). “La Defensa Contra Incendios Forestales. Fundamentos y Experiencias” (Ricardo Vélez, Mc Graw Hill, 2000). “Manual de Operación. Autobomba Forestal Pesada BFP 3000 L” (Rosenbauer). • DIRECCIONES DE INTERNET: BOMBEROS DE NAVARRA. “Manuales sobre Extinción de Incendios Forestales”. <http://www.bomberosdenavarra.com>. 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