Hoe verhoog ik het debiet van mijn hogedruk blussysteem?

Het belangrijkste gereedschap van de brandweer is de straalpijp. De straalpijp zorgt immers voor het water dat uiteindelijk het vuur moet blussen. Hoe meer water men per minuut kan geven, hoe hoger de potentiële veiligheid. In Nederland wordt gebruik gemaakt van haspelslangen (de zogenaamde hogedrukslang). Wanneer veel water voor langere tijd benodigd is wordt gebruik gemaakt van “lage druk”. Het gewenste debiet (de hoeveelheid water die per minuut uit de straalpijp moet komen) is een belangrijke factor voor de keuze tussen hoge- en lage druk. Vaak worden deze hoeveelheden met hoge druk niet of nauwelijks gehaald. Hierdoor is de laatste jaren gezocht naar een manier om de voordelen van hoge druk te combineren met die van lage druk.

In Nederland gebruiken we vaak een gecombineerde lage druk / hoge druk centrifugaalpomp. Maar waarom hebben wij eigenlijk een hoge druk pomp? Om hier antwoord op te geven moeten we ons verdiepen in de relatie tussen druk en wrijving.

Druk

Onze straalpijp is ontworpen om een bepaalde hoeveelheid water te leveren bij een bepaalde druk. Om een goed vergelijk te kunnen maken is in de Europese normering vastgelegd dat alle straalpijpen een ingangsdruk van 6 bar moeten hebben. Dit wil zeggen: Als op een straalpijp staat dat deze 400 liter per minuut kan geven, dit debiet behaald wordt bij een intrededruk van 6 bar. Deze 6 bar is de minimale druk die nodig is om het water een bepaalde afstand weg te kunnen spuiten (worplengte). Hoe hoger de druk, hoe hoger de watersnelheid in de straalpijp en hoe langer de worplengte. Hogere druk betekent ook een grotere reactiekracht. De 6 bar intrededruk zorgt er ook voor dat de reactiekrachten binnen de perken blijven. Ongeacht het type straalpijp zal de intrededruk altijd zijn ingesteld op 6 bar. Het verschil tussen hoge- en lagedruk straalpijpen zit hem in de afsluiter. Wanneer de straalpijp gesloten is zal de druk opbouwen achter de afsluiter. Deze zal bij een hogedruk straalpijp dus meer druk moeten kunnen verdragen.

Wrijving

Krachten tussen de watermoleculen en de wand van de slang zorgen voor wrijving. De snelheid waarmee water zich door een slang verplaatst bepaalt de mate van wrijving waaraan het water onderhevig is. Onderweg van de pomp naar de straalpijp zal deze wrijving zorgen voor energieverlies waardoor de druk afneemt. Om 6 bar druk op de straalpijp te kunnen geven zal er dus meer druk gegeven moeten worden bij de pomp. Drukverlies staat dus gelijk aan de mate van wrijving. Dit kan worden bepaald door de afstand die het water moet afleggen, maar ook de diameter van de slang speelt een belangrijke rol. Hoe kleiner de diameter van de slang, hoe sneller het water er doorheen stroomt, hoe hoger de wrijving in die slang.  

Brandweervoertuigen zijn voorzien van een slanghaspel met daarop een 90 meter lange slang met een diameter van 3/4 duim. We kunnen uitrekenen wat deze afstand en diameter betekent voor ons drukverlies.
 

Uit bovenstaand overzicht kan men twee duidelijke conclusies trekken:

1. Om het gewenste debiet te halen moet de pomp 6 x zoveel druk geven als eigenlijk nodig is.

2. Het maximaal haalbare debiet is 150 liter per minuut.

We maken gebruik van de haspelslang omdat deze direct gebruiksklaar is, kleine kans op lekkages heeft, doorkoppelbaar is, grote lengte heeft en eenvoudig te reinigen is. Het nadeel is dat we geen hoger debiet kunnen halen dan 150 l/min.

Kan ik een hoger debiet halen zonder de druk op te voeren

We hebben onderzocht hoe we ons debiet kunnen verhogen naar 250 l/min. Voor ons onderzoek hebben we gebruik gemaakt van een zeer veel voorkomende gecombineerde hoge druk lage druk pomp: De Rosenbauer NH35. De HD pomp in deze configuratie heeft een capaciteit van 400 l/min @ 40 bar.

Vooraf kijken we naar de mogelijkheden van de NH35 pomp aan de hand van de pompcurve.

De pompcurve laat zien dat bij een debiet van 500 l/min (2 x volledig geopende straalpijp) de pomp dit kan aanbieden bij +/- 35 bar. Ook is te zien dat als we onder de 30 bar blijven de pomp zelfs nog een veel groter debiet kan leveren.

Om een goed vergelijk te kunnen maken, hebben we gebruik gemaakt van twee identieke voertuigen. Beide voorzien van dezelfde pomp (NH35) en beide met hosereel (Collins Youldron met 1” doorvoer. Het enige verschil: Het ene voertuig was voorzien van 90 m. ¾” slang en het andere van 80 m. 1” slang. Onderstaande tabel laat de resultaten van de flowtests zien.

Door de diameter van de slang te vergroten met slechts 25% kan de wateropbrengst significant vergroot worden. Onderstaande grafiek maakt een en ander nog duidelijker. Hier is het wrijvingsverlies weggezet tegen het debiet.

Innovatie zit soms in kleine aanpassingen

Al tientallen jaren heeft de ¾” HD slangenhaspel trouwe dienst bewezen en waarschijnlijk 90% van alle branden in Nederland geblust. In de tijd van de Nepiro straalpijp voldeed dit systeem prima. Inmiddels zijn hogere debieten per straalpijp gewenst  en lopen we tegen de grenzen aan van wat de ¾” slang ons nog kan bieden.

Het werken met haspelslangen is onderdeel van onze werkwijze. Nog niet iedereen is bereid terug te stappen naar louter lagedruk slangen en straalpijpen met veel hogere debieten. Dit hoeft ook niet. Het is namelijk prima mogelijk uw bestaande HD haspelsysteem te voorzien van een zogenaamde “midlife update”. Door het vervangen van de 90 mtr ¾” slang naar een 80 mtr 1” slang is het mogelijk het debiet per straalpijp te vergroten van maximaal 115 l/min naar 230-250 l/min. Daarnaast kan de pompdruk omlaag waardoor we minder vragen van ons voertuig. Ieder voertuig dat is voorzien van een 400 liter HD pomp heeft de mogelijkheid deze conversie uit te voeren. Informeer bij ons naar de mogelijkheden om ook uw voertuig te upgraden.

Heeft u vragen naar aanleiding van dit artikel? Of wilt u meer weten over hydrodynamica? Schrijf u dan rechtsboven in voor de seminar of neem contact op voor meer informatie.