Trasporto di acqua in quota ovvero a distanze significative dalla fonte di approvvigionamento

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1 L uso dell acqua nell estinzione estinzione degli incendi boschivi Tattiche di intervento: Trasporto di acqua in quota ovvero a distanze significative dalla fonte di approvvigionamento

2 I sistemi idraulici Per il trasporto dell acqua vengono realizzati stendimenti in: - Discesa - Salita con mandate con pompe poste in: -serie - parallelo -serie-parallelo

3 Pressione che l acqua esercita contro un ostacolo che si oppone al moto Pressione che l acqua esercita sulle pareti del condotto Pressione esercitata da una colonna di altezza h PERDITE DI CARICO Il teorema di Bernoulli può anche essere enunciato affermando che la somma delle tre pressioni (piezometrica, idrostatica e cinetica) al lordo delle perdite di carico è costante in tutte le sezioni della linea di manichette. Costante Pressione piezometrica: è la pressione che l acqua esercita sulle pareti del condotto; Pressione idrostatica: è la pressione esercitata da una colonna d acqua di altezza h; Pressione cinetica: è la pressione che l acqua esercita contro un ostacolo che si oppone al moto. V L h z=0

4 STENDIMENTI IN DISLIVELLO (EQUAZIONI DELLE POMPE) Stendimenti in discesa Stendimenti in salita perdita guadagno

5 Equazione lancia Come noto la pressione dinamica alla lancia (pressione di esercizio P.E.) dipende da: o Pressione alla pompa o Perdite di carico (lineari e localizzate) o Dislivello in maniera differente a seconda che si effettuino stendimenti (mandate) in salita ovvero in discesa

6 STENDIMENTI IN SALITA P R E S S I O N E Perdita di carico Pressione alla lancia alla P o m p a Aumento di quota P dinamica getto= P pompa perdite di carico - ΔH CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

7 1bar/10m Q 200 l/min Ø 45 mm 1 bar/100m P 14 bar p.e. 5 bar p.d. 9 Pressione (bar) Stendimento (m) Portata (l/min) Dislivello (m)

8 STENDIMENTI IN DISCESA PRESSIONE alla POMPA Perdita di carico Diminuzione di quota Pressione alla lancia P dinamica getto= P pompa perdite di carico + ΔH CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

9 SISTEMI IDRAULICI Se le prestazioni di una singola pompa non sono sufficienti a garantire il superamento del dislivello e la copertura della distanza richiesti dobbiamo ipotizzare il ricorso a SISTEMI DI + POMPE al fine di consegnare l estinguente con la portata Q (litri/min)

10 SISTEMI IDRAULICI Mandate con pompe poste in serie o in collegamento Pompe in serie Tandem La pressione fornita dalla prima pompa si somma a quella della seconda. Vantaggi: - un solo operatore; - minori problemi di trasporto Svantaggi: - L'elevata pressione di mandata potrebbe danneggiare le manichette ed il manometro della seconda pompa; - quando si interrompe la mandata e la tubazione rimane piena alla ripresa della erogazione si deve tener conto della pressione idrostatica (negativa) contraria (derivante dal dislivello) che grava sulla pompa e che deve necessariamente essere vinta.

11 Collegamento in TANDEM! + _! Pompa 2 Pompa 1

12 Catena di pompe Con dislivelli importanti si deve considerare la pressione idrostatica che grava sulle pompe più a valle e quindi dotare il sistema di un sufficiente numero di valvole di non ritorno in aggiunta alle saracinesche di cui normalmente sono fornite le varie pompe. Lo scopo è quello di mantenere una portata utile il più possibile costante (anche al fine di evitare continui aggiustamenti delle varie pompe) Evitare cadute di pressione a valori troppo bassi all'ingrasso delle varie pompe (potrebbero entrare in cavitazione) (min 1,5 2 bar) Criticità: - Notevole tempo necessario alla realizzazione del sistema - Notevole quantità di personale ed attrezzature necessario - Disponibilità di un canale radio poco utilizzato o dedicato.

13 Valvola di non ritorno

14 Sistemi di pompe in serie N pompe in serie per la realizzazione di Open relay Closed relay

15 OPEN RELAY Idrante o pompa cisterna Vasca portatile pompa vasca Da vasca o idrante dentro ad una riserva (vasca portatile o cisterna del mezzo) quindi da questa riserva si pompa ad un altra riserva ed alla fine alla lancia dell operatore CLOSED RELAY Idrante o vasca Da vasca o idrante ad una pompa ad una pompa alla lancia dell operatore

16 osservazioni importanti In occasione di prolungato impiego delle pompe è opportuno lavorare con regimi e carichi inferiori a quelli massimi, e quindi effettuare il dimensionamento considerando delle caratteristiche inferiori a quelle massime. Nel caso di ridotte portate si può adottare il diametro di 25 mm che permette il trasporto di portate comprese tra i 25 ed i 60 l/min; in caso di portate elevate, avendo a disposizione tubazioni da 70 mm si può realizzare una doppia condotta da 70 mm riducendo così a meno della metà il numero di pompe necessarie. Allorquando nella mandata la conduttura dovesse in parte scendere a valle in corrispondenza del cosiddetto sifone, potrà accumularsi dell'aria vanificando così l'intera opera. Evitare in ogni caso l'ingresso di aria nelle tubazioni.

17 Se durante le operazioni in una condotta ad alta pendenza, una delle pompe a monte va fuori servizio, ricordarsi di chiudere immediatamente la mandata in quanto, benché essi siano equipaggiati con valvola di non ritorno, con tubazioni a regime è sufficiente un semplice trafilamento per trasmettere la pressione della colonna d'acqua alle tubazioni ed alle giranti più a valle.

18 Normalmente nella realizzazione di una condotta in quota l'agente limitante è il tempo di realizzazione per cui solitamente si predilige un percorso magari più lungo ma di veloce attivazione rispetto ad uno più breve ma che richiede il trasporto delle tubazioni e delle motopompe a mano su sentieri.

19 Nello stendimento è inoltre importantissimo ricordare che le tubazioni devono mantenere sempre lo stesso lato della strada evitando così di attraversarla con conseguenti problemi in caso di transito di automezzi di servizio. Inoltre le condotte vanno assicurate ad arbusti o mediante picchetti appositamente piantati, per evitare il loro rotolamento e sfilamento dai raccordi.

20 Esempi di stendimento realizzati con tubazioni di mandata: semirigide e flessibili

21 confronto tra due diverse configurazioni di mandata, entrambe realizzabili con il carrello di pronto intervento boschivo TLF 600. Lunghezza della mandata 150 m, Dislivello 50 m Lancia con ugello di 2,3 mm Pressione alla lancia 15 bar, Portata di erogazione di 13 l/min. 15

22 1) Mandata realizzata con tubo AP 10/17; perdite di carico distribuite = 14 bar. 2) Mandata realizzata con 6 manichette DN 25 mm da 20 m (totale 120 m) un divisore STORZ - D 2 maschio innesto rapido, 40 m di tubo AP 10/17; perdite di carico totali = 4,75 bar. Essendo la pressione motrice data dalla formula: Pressione motrice (bar) = a + b+ c Dove: a = prevalenza geodetica; b = perdite di carico totali (distribuite + localizzate); c = pressione di esercizio. Nel primo caso la pompa dovrà fornire una pressione motrice di: Pressione motrice = = 34 bar Nel secondo caso la pressione motrice sarà: Pressione motrice = 5 +4,75 +15= 24,75 bar - 27%

23 IL SUPERAMENTO DI DISLIVELLI IMPORTANTI A seguito della realizzazione di sistemi di motopompe

24 Come noto, il superamento di dislivelli importanti comporta problematiche: di carattere idraulico: prevalenza manomentrica necessaria, utilizzo di + pompe in serie, pezzi speciali (colpo di ariete!!!!) di carattere operativo: peso della condotta spinta in curva (necessità di ancoraggio, picchettamento, contropressione idrostatica); legate ai tempi di realizzazione!!!!!!!! tempi di realizzazione!!!!!!!! (tecniche di stendimento e recupero)

25 Problematiche di carattere idraulico In ordine al calcolo della prevalenza manomentrica necessaria, è necessario conoscere: Dislivello da superare Lunghezza totale dello stendimento E disporre di Dati ATTENDIBILI CIRCA LE PERDITE DI CARICO UNITARIE (/100 m) e QUELLE LOCALIZZATE

26 ΔH & L

27 MANICHETTE & TUBI ISSATE/I VERTICALMENTE (RIEMPITE/I DI ACQUA) ,7 2,7 1,6 litri 45 mm 38 mm 20 m 70 mm 25 mm 19 mm 13 mm 10 mm Pressione 2 bar CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

28 Q=650 l/min Q= 200 l/min Perdite di carico lineari 1 bar ogni 100 m 70 mm 45 mm Q x 2 p.d.c. x 4 Q : 2 p.d.c. : 4 Q x 3 p.d.c. x 9 Q : 3 p.d.c. : 9 Q=150 l/min 38 mm Q 2! 25 mm Q= 65 l/min Q= 24 l/min 19 mm Q= 6,8 l/min 13 mm Q= 4,7 l/min 10 mm

29 ripassiamo le p.d.c. Da cosa cosa sono determinate???

30 Cinque relazioni significative dal punto di vista idraulico che determinano le perdite di carico (Friction Loss) Pdc= c x Q 2 x L d 5

31 1 = A parità di portata, la perdita di carico varia circa inversamente con la quinta potenza del diametro del tubo Ciò significa che, se la portata rimane la stessa, aumentare la dimensione del tubo può significativamente ridurre l'attrito; ovvero, più grande è il tubo (con la stessa portata), minore è la perdita di pressione per l attrito Se raddoppio il diametro del tubo (con la stessa portata) la perdita di carico si riduce a 1/32 (ovvero circa 3%)

32 2 A parità di dimensione del tubo, la perdita di attrito varia circa con il quadrato della portata Ciò significa che la conseguente perdita di carico aumenta più rapidamente di quanto aumenti la portata. Ad esempio, se la portata raddoppia l attrito diventa 4 volte tanto. Se la portata viene triplicata, l'attrito diventa 9 Volte di più, se la portata viene quadruplicata, l attrito diventa 16 volte tanto rispetto al valore originario. =

33 3 = La perdita di carico nel tubo varia direttamente con la lunghezza della linea, a condizione che tutte le altre condizioni rimangano uguali Se scorre un identica quantità di litri al minuto le perdite di carico di 500 metri di tubo saranno cinque volte le perdite di attrito di 100 metri dello stesso diametro e qualità di manichette. (Se raddoppio la lunghezza della linea raddoppiano le perdite di carico). =

34 4 Le perdite di carico sono influenzate dalla rugosità della parete interna della manichetta in relazione al diametro della stessa Più ruvido è il tubo e maggiori saranno le perdite di carico Più piccolo è il tubo a parità di rugosità interna (stesso rivestimento interno), e maggiore è la perdita di carico.

35 5 Per un determinata portata le perdite di carico nel tubo sono circa le stesse a prescindere dalla pressione dell acqua Ciò significa che quando l'acqua scorre attraverso un tubo ad una certa velocità (tot metri al minuto*), la perdita per attrito è la stessa con la pressione di 3,5 o 30 bar. * es. 140 l/min = 1,47 m/s = 88 m/min

36 Formula speditiva per il calcolo in campo delle perdite di carico continue per attrito: p.c.a. = c * Q 2 * L Litri/100 metri/100 p.c.a. (KPa) ovvero /100 bar c= coefficiente specifico per ogni tubazione (flessibile o semirigida) (cfr. tabella) Q= portata in centinaia di litri al minuto L= lunghezza della condotta in centinaia di metri Coefficiente c diametro e tipo di tubazione

37 Formula speditiva per il calcolo in campo delle perdite di carico continue per attrito: p.c.a. = c x Q 2 x L KPa Litri/100 metri/100

38 LE PERDITE CONCENTRATE Le perdite concentrate o localizzate, sono quelle che si verificano in corrispondenza di discontinuita della tubazione. Il "disturbo" arrecato al flusso della corrente provoca dei vortici localizzati che comportano una perdita di energia. Solitamente vengono computate nella misura del 10-15% 15% di quelle lineari

39 Le perdite di carico localizzate o concentrate si verificano in presenza di: - bruschi cambiamenti di direzione della condotta o curve a raggio stretto - improvvise variazioni di sezione della condotta, sia con allargamento che restringimento del diametro (riduttori, diffusori, divisori) - ostacoli localizzati (valvole non completamente aperte, piccoli sassi incastratisi nella tubazione, ernie nel rivestimento gommato delle manichette - forature con perdite di una certa gravità.

40 Perdite di carico localizzate Δp p = ζ. v ζ è il coefficiente di perdita localizzata. Varia a seconda del tipo di ostacolo o discontinuità presente nella condotta

41 Δp (bar) v (m/sec) ζ (adimensionale) Q (litri/min) Δp p = ζ. v Q (litri/min) : 1000 (mc/min) : 60 (mc/sec) V= Q/A A sezione di passaggio (m 2 ) Raccordo sez. A STORZ B-DIN 0,00326 m 2 STORZ C-DIN 0,00155 m 2 STORZ A-DIN 0,00774 m 2 STORZ D-DIN 0,00240 m 2

42 divisore tre vie B-CBC Δp p = ζ. v ζ= 1.1 ζ= 0.9 Norma DIN ζ= 2.5

43 divisore tre vie B-CBC Δp p = ζ. v ζ= 1.8 ζ= 1.8 Norma DIN ζ= 2.5

44 divisore tre vie C-DCD Norma DIN ζ= 2.0

45 divisore tre vie C-DCD Norma DIN ζ= 2.0

46 Riduttore Diffusore C-D D-C Norma DIN ζ=

47 divisore Due vie C-2 D Norma DIN ζ= 1.3

48 Presa 2 ladro D-2 D Principale ζ= 0.85 Derivato ζ= 2.5

49 Perdite all imbocco Δp = 0.05 v 2 /2g Perdite allo sbocco Δp = v 2 /2g CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

50 Problematiche di carattere idraulico una volta calcolata la prevalenza manomentrica necessaria, note LE REALI PRESTAZIONI delle pompe a disposizione è possibile determinare quali e quante pompe dobbiamo utilizzare. PMT= PE + ΔH/10 + L/100 * PCU + PCL PMT= prevalenza manometria totale PE= pressione di esercizio ΔH= dislivello L= lunghezza stendimento PCU= perdite di carico unitarie (/100m) PCL= perdite di carico localizzate

51 Problematiche di carattere idraulico quali e quante pompe dobbiamo utilizzare Se ho a disposizione più pompe uguali. n pompe = PMT/PU PMT= prevalenza manometria totale PU= prevalenza fornita da ciascuna pompa alla Q richiesta Se ho a disposizione più pompe differenti. n PU PMT i i=1

52 A questo punto forse è il caso di fare qualche esempio pratico.

53 5 Curve caratteristiche pompa al variare del numero dei giri 4 Prevalenza (bar) portata (litri/min) CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

54 Esempi pratici Ricordando.. Perdite di carico 1 bar/100 m di manichetta & Perdite per dislivello 1 bar/ 10 m di dislivello Analizziamo le perdite di carico e la pressione necessaria al superamento del dislivello in alcune differenti configurazioni di mandata CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

55 Esempio 1 Pompa singola + 10 m 300 m P = = 9 bar 5 bar Pressione alla lancia 9 bar dei 9 bar forniti dalla pompa: 1 bar è necessario al superamento del dislivello ( 10 m = 1 bar ) 3 bar li perdiamo a causa delle perdite di carico ( 300 m = 3 bar ) 5 bar sono necessari alla lancia ( pressione di esercizio ) Se utilizziamo manichette da 45 mm è sufficiente una MK3? SI!

56 Esempio 2 Pompe in in serie 3 bar 600 m 800 m 9 bar + 10 m 2 bar 11 bar 3 bar P = = 9 bar P = = 11 bar Se utilizziamo manichette da 45 mm sono sufficienti due MK3? SI!

57 Esempio 3 Pompa singola 10 bar + 10 m 400 m P = = 10 bar 5 bar 5 bar Se utilizziamo manichette da 45 mm è sufficiente una MK3? SI!

58 Esempio 4 Pompe parallele ( siamesi ) 7 bar + 10 m 400 m P = 1 + 0,25x4 + 5 = 7 bar 5 bar 5 bar Utilizzando 2 linee di manichette parallele l attrito nelle manichette può essere diviso per 4. In una lunghezza di 400 m le perdite per attrito sono 0,25 x 400 m = 1 bar 1 MK3? SI!

59 Esempio m + 5,5 m Ø 38 mm 160 l/m 17 bar P = 5,5 + (1x2) + (1,5x3) + 5 = 17 bar 300 m Ø 25 mm 5 bar 5 bar 200 m con manichetta da 38 m - divisore 2 vie manichette da 25 mm ( 300 m ) 1 MK3? NO! 1 BB4? SI! 2 MK3? SI!

60 FLOW CHART e SOFTWARE DEDICATI Per velocizzare i calcolo si possono utilizzare anche delle tabelle strutturare a cascata

61 La linea di manichette Fire pumper questions Arriva a quota Parte da quota Per quale utilizzo A quale distanza Con quali manichette Con quale portata Con quale/i pompa/e In quale posizione? - dislivello :10 bar + Pressione Alimentazione vasca, divisore, lance di esercizio :100 Pdc unitarie pezzi speciali x X 0,1 PREVALENZA MANOMETRICA Prevalenza SINGOLA pompa Con quante pompe N Prevalenza geodetica Perdite di carico distribuite bar + bar Perdite di carico localizzate + bar = bar : bar =

62 La linea di manichette Arriva a quota Parte da quota Per quale utilizzo A quale distanza Con quali manichette Con quale portata Con quale/i pompa/e In quale posizione? Fire pumper questions dislivello : bar + Pressione Alimentazione vasca, divisore, lance di esercizio : , BB4 Pdc unitarie 1 pezzi speciali x X 0,1 PREVALENZA MANOMETRICA Prevalenza SINGOLA pompa Con quante pompe N Prevalenza geodetica 2 Perdite di carico distribuite 5,6 bar + bar + Perdite di carico localizzate 0,6 22, bar = bar : bar =

63 La linea di manichette Arriva a quota Parte da quota Per quale utilizzo A quale distanza Con quali manichette Con quale portata Con quale/i pompa/e In quale posizione? Fire pumper questions - dislivello : bar + Pressione Alimentazione vasca, divisore, lance di esercizio : BB4 Pdc unitarie 2,2 pezzi speciali x X 0,1 PREVALENZA MANOMETRICA Prevalenza SINGOLA pompa Con quante pompe N Prevalenza geodetica 1 Perdite di carico distribuite 40,4 bar + bar + Perdite di carico localizzate 4,0 81, bar = bar : bar =

64 Problematiche di carattere operativo peso della condotta spinta in curva (necessità di ancoraggio, picchettamento, contropressione idrostatica), colpi di ariete;

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66 4 Trafilamentie contro pressione idrostatica!!

67 picchettamento CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

68 Colpo d ariete P= 2 v l/gt Q=140 l/min v= 1.47 m/s (Ø=45mm) t=0.178 s l=150 m P=25 bar

69 Colpo di ARIETE Per evitarlo tutte le valvole vanno sempre aperte e chiuse lentamente!!! 3 sec.!!!

70 L obiettivo dei sistemi di pompe è comunque garantire la prefissata pressione di esercizio; (pressione alla lancia o alla consegna alla pompa posta a monte ovvero al serbatoio)

71 In ogni caso. valutata l intensità del fronte, individuata la tipologia di combustibile e. conseguentemente il tipo di attacco,

72 viene stabilita la PORTATA MINIMA EFFICACE ( bilancio termico ) anche in ordine alla sicurezza del personale (g.m.s.)

73 Il getto infatti deve mantenere portata (bilancio termico) e gittata (sicurezza personale) sufficienti per quel determinato fronte di fiamma ed il tipo di attacco (diretto, parallelo) che si è deciso di attuare.

74 lunghe mandate in salita con pompe AP e tubazioni da 10 o 13 mm di sezione talvolta non garantiscono condizioni di mandata efficace. (come conseguenza delle significative perdite di carico)

75 es. Stendimento 150 m di tubo AP 10/17 pressione alla pompa 35 bar ugello alla lancia 2,3 mm (tesi laurea Lucchi rel. Cavalli corr.i Bacchini Lemessi) 150 m gp Pdc 13 bar (13,5 lpm) gn Pdc 10 bar (12,0 lpm) 300 m Pdc 19 bar (11,5 lpm) Pdc 16 bar (11,0 lpm)

76 devono pertanto venir utilizzati Sistemi idraulici (più pompe) realizzati con: Pompe in serie (relay) elevate H Pompe in parallelo Q Pompe in serie/parallelo

77 Gli elementi di criticità nella realizzazione di detti sistemi sono rappresentati dalla necessità: di formare ed addestrare gli operatori alla pompa (SIMULATORE pdc;) di assicurare sempre collegamenti radio dedicati (talvolta usate PMR 8ch - 38 sub audio) ma, soprattutto, ridurre i tempi di realizzazione (ricerche specifiche)

78 I collegamenti in serie (relay( relay) ) in particolare vengono realizzati sia in Relay aperto (=indiretto) (raram.) tramite vasche portatili intermedie tra pompa e pompa chiuso (=diretto) 2 pompe ravvicinate TANDEM (molto raram.), n pompe (catena) distanziate(+ frequentem.)

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80 - + +

81 I relay quanto relay chiusi vengono preferiti a quelli aperti in - No Trasporto anche di - No Trasporto corredi di aspirazione e sistemi di adescamento ausiliario vasche (oltre a pompe e manichette) - POSSIBILITA di intervenire da valle!!! Possibilità di inviare additivi, segnatamente schiumogeno, lungo la condotta Anche se -Minor tempo realizzazione -piùrigidi (eventuali sconpensi non vengono bilanciati da riserva serbatoi, NO Step intermedi

82 SISTEMI DI STENDIMENTO MANICHETTE

83 In rotoli STENDIMENTO MANICHETTE in bosco risulta difficoltoso quindi viene utilizzato prevalentemente lungo strade, o in discesa (maniglie, bastini) raramente in salita A gomitolo (ZAINI) Figura a 8 (più gomitoli collegati) all interno di appositi contenitori a zaino 4-5 manichette (diametri 38, 45 mm 25 mm) 80 (100) m Con sbobinatori spalleggiato 3 manichette da 25mm 60 m Pacchi 5 manichette da 19 mm 75 m - stendimento dinamico diverse centinaia di m anche manichette da 70 mm da appositi contenitori (pacchi) - stendimento statico alcune decine di m A pacchi multipli alcune centinaia di m (stendimento dinamico) in strati (ortogonali tra loro) manichette 45 mm

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89 pacchetti di manichette sui tetti dei mezzi CORSO DI ALTA SPECIALIZZAZIONE PER RESPONSABILI AIB

90 pacchetti di manichette all interno di appositi contenitori sistemati tra l allestimento scarrabile e la cabina, (2 contenitori da 90 m (3 x 30 m) cadauno, uno per lato). Le manichette possono essere stese direttamente dal contenitore posto sul mezzo oppure si può scarrare il contenitore e portarlo fino all estremità della linea appena stesa realizzando uno stendimento di ben 180 m

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92 Stendimento manichette a pacchetto da 45 o 70 mm realizzato direttamente dal tetto del mezzo

93 Baba* 6 x 3 x 30 = 540 m

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96 Possibilmente le condotte vengono realizzate seguendo il percorso più breve. A volte, comunque, in termini di tempo di realizzazione, si preferiscono condotte più lunghe (anche se queste richiedono l utilizzo di più tubazioni e di ulteriore energia pressoria) se effettuati lungo strade o mulattiere (sentieri) con l ausilio di mezzi 4x4, Quad, motocarriole etc. utilizzando manichette a pacchetto all americana.

97 Tecniche di recupero manichette al termine dell intervento Svuotata la linea e recuperato l estinguente a gravita Le manichette vengono dapprima slegate dagli ancoraggi, quindi separate le une dalla altre.e piegate su se stesse in 4 passaggi (figura a banana ) A questo punto o vengono caricate su cassone mezzi o portate a spalla dagli operatori

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