Hidráulica para bomberos. Propiedades generales del agua. Calor latente de fusión. Calor latente de vaporización. Concepto de hidrostática. Concepto de hidrodinámica. Presión hidrostática. Fuerzas, presión, superficie. Ejemplo práctico. Unidades de presión.
Abstract: General properties of water. Latent heat of fusion. Latent heat of vaporization. Hydrostatic concept. Hydrodynamics concept. hydrostatic pressure. Forces, pressure, surface. Practical example. pressure units.
INTRODUCCIÓN A LA HIDROSTÁTICA
Curso de Hidráulica básica para bomberos
Hidrostática: Propiedades del agua
El agua está compuesta por hidrógeno y oxígeno en la proporción de un gramo de hidrógeno por cada ocho gramos de oxígeno.
Los estados en que se puede encontrar son; líquido, sólido y vapor.
- Si se supone que la presión existente es la atmosférica, el agua en estado sólido (hielo) se encuentra a una temperatura inferior a 0ºC, en estado líquido a una temperatura entre 0º C y 100º C y en estado gaseoso a una temperatura superior a 100º C.
Como se puede observar "al variar la temperatura el agua cambia de estado"
- Para que un gramo de agua en estado sólido a 0º C pase a agua en estado líquido, se deben suministrar 80 calorías.
Este calor que se suministra, para cambiar de sólido a líquido se denomina calor latente de fusión.
• Para seguir aumentando la temperatura del agua en estado líquido se ha de suministrar una caloría por cada gramo que se quiera aumentar.
• Para pasar el agua en estado líquido a 100º C a estado gaseoso a 100º C, se necesitan 540 calorías, este calor se denomina calor latente de vaporización.
El volumen que ocupa un litro de agua varía dependiendo de la temperatura a la que se encuentre.
- El mínimo volumen que ocupa un litro de agua es de 1 dm³, a 4º C de temperatura.
"Si se aumenta o disminuye esta temperatura, el agua aumentará de volumen."
Si se aumenta la temperatura, el aumento de volumen es lento de tal forma que un kilo de agua a 4º C ocupa 1000 cm³, pero a 100º C ocupa 1.400 cm³,.
Si se disminuye la temperatura al cambiar el estado de líquido a sólido a 0º C el volumen que ocupan los 1000 gramos de agua helada es de 1090 cm³.
Esto puede crear desperfectos en elementos llenos de agua al disminuir la temperatura.
En el cambio de estado de líquido a vapor un litro de agua se convierte en 1700 litros de vapor de agua.
1. HIDROSTATICA
Normalmente el estudio de los líquidos se divide en dos partes.
Uno cuando los líquidos están en reposo y por tanto su superficie es plana, esta parte se denomina hidrostática.
La otras parte se refiere a los líquidos en movimiento y se denomina hidrodinámica.
Empezaremos el estudio con la primera parte, es decir, la hidrostática.
1.1. Presión
Un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión en función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto.
Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. (Ver figura l).
- Se puede definir la presión hidrostática en un punto de un líquido como la fuerza que hace el líquido en virtud de su peso sobre la unidad de superficie situada en ese punto. (Fig.2).
La expresión matemática de la presión es la siguiente:
F
P = ------
S
F = fuerza; P = presión; S = superficie
Como se ha dicho anteriormente la fuerza que hace un líquido es debida a su peso y si los líquidos son diferentes el peso de cada uno de estos líquidos será diferente, por tanto la presión sobre el punto antes supuesto será diferente según el líquido que se trate.
Por ejemplo no tiene la misma densidad el aceite, el agua o el mercurio, por tanto, la presión que harán sobre un punto que este a la misma profundidad será diferente.
Ejemplo práctico:
Supongamos tres tubos iguales con una sección de 1 cm² y altura de 10 metros, con diferentes elementos en cada uno. (aceite, agua, mercurio). Fig. 3
El volumen de cada tubo será 1 cm2 . 1000 cms = 1000 cm³,
es decir, un litro de agua pesa 1 Kilo,
por tanto la presión que recibirá el tubo de agua en su base (punto B) será:
F = 1 Kilo; S = 1 cm²
1 kilo
La presión = ---------- = 1 kg/cm²,
1 cm²
es decir una presión de l Kg/cm2. Si se considera que un litro de aceite pesa 0,8 Kg. la presión que recibirá el tubo de aceite en su base (punto A) será:
0,8 kg
P = ------------ = 0,8 kg/cm²
1 cm²
Y si el litro de mercurio pesa 12,6 Kilos la presión que recibirá el tubo de mercurio en su base (punto C) será:
13,6 Kg
P = ------------- = 13,6 Kg/cm2
1 cm2
Para entender un poco más el concepto de presión, obsérvese el siguiente ejemplo:
- Una persona que pesa 60 kilos y está sobre la nieve, si se apoya con un solo pie, la presión que hará sobre la nieve será, los 60 kilos que pesa divididos por la superficie de su pie (Fig. 4), pero si se apoya con los dos pies la presión sobre la nieve será de 60 kilos que pesa igualmente, divididos por la superficie de apoyo que es el doble que en el caso anterior, por tanto, la presión será menor y se hundirá menos, pero si la persona lleva esquís como la superficie de apoyo es mucho mas grande, la presión será más pequeña y por tanto no se hundirá casi nada en la nieve. Fig.4
Las unidades en que se mide la presión son muy variadas, siendo la más corriente el Kg/cm², atmósfera, bar, torr, m.c.a. y su equivalencia es la siguiente:
1 Kg/cm² = 1 Kg/cm² = 0,98067 bar = 0,96784 atmósferas = 735.56 Torr.
1 atm = 1 atmósfera = 1,01325 bar = 1,03323 Kg/cm² = 760 Torr.
1 bar= 1 bar = 0,98692 atm. = 750,06 Torr = 1,01972 Kp/cm²
1 Kw Kp
1 Pa = Pascal = --------- 10-₅ --------
m² cm²
1 KPa = 10₃ Pa;
A nivel práctico se puede considerar que:
1 bar = 1 atm = 1 Kg/cm² = 10 m.c.a. = 10² Kpa.
10² KPa = 1 bar = 1 atm. = 1 Kg/cm² = 10 m.c.a.
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