Presión de agua, cabeza y fuerza

La presión del agua se mide mediante un medidor, incrementado en libras por pulgada cuadrada (psi), la altura, en pies lineales, del agua estancada desde la superficie hasta el punto en el que la lectura de presión es significativa . Si deseamos saber cuál es la cabeza en el fondo del tanque, entonces la altura total del agua estancada es significativa.

Sabemos que un pie cúbico de agua pesa 62.5 libras. Se sabe que un pie cúbico de agua podría ser un bloque de hielo con 6 lados cada uno de 12" por 12". Podríamos usar una sierra de cinta para cortar una esquina de 1" x 1" de ese bloque como se ve en la figura a continuación. Como cada superficie del bloque mide 12" X 12", entonces hay 144 de estos cortes de 1" X 1" de 1 pie de largo en ese bloque. Por lo tanto, cada pieza de 1" X 1" X 1" debe pesar 62.5 libras dividida por 144 o 0.434 libras.

Como también pesaría 0,434 libras de pie en uno de sus extremos de 1 pulgada cuadrada y la columna de agua congelada tiene 1 pie de altura, también podemos decir que por cada pie de altura en una columna de agua, las libras pesan más de 1 pulgada cuadrada en la base sería 0.434 libras. Los medidores de presión están calibrados para dar mediciones en psi. Entonces, ¿no podríamos predecir que si llenamos una tubería de cualquier diámetro a una altura de 10 pies con agua, el medidor de presión insertado en el fondo mostrará una presión de 4.34 psi? (10 x 0.434)

Para determinar qué tan alta una presión dada puede elevar el agua, es necesario convertir psi en pies de altura. Anteriormente, aprendimos que, conociendo la altura de una columna de agua en pies, podemos descubrir cuál será la presión (psi) en la parte inferior al multiplicar la altura de la columna por 0.434.

Cambiando eso, si supiéramos la presión en la base, podríamos predecir la altura dividiendo la presión por 0.434. Además, si preferimos multiplicar en lugar de dividir, podríamos tomar el recíproco de 0.434 (2.304) y multiplicar por eso para obtener la misma respuesta.

( 1 ÷ 0.434 ) = 2.304 ft, la altura necesaria para producir un psi
Psi = .0434 x h, donde psi = libras de presión por pulgada cuadrada y h, la altura del agua en pies.

• Cada pie de cabeza o altura produce una presión de 0.434 libras por pulgada cuadrada
• Cada libra por pulgada cuadrada de presión requiere una altura de 2.304 pies
• La forma de un tanque no afecta la presión en el fondo del mismo

Ejercicios de aprendizaje

Ejercicio N° 1

Una pila de 54 pies de altura sobre un tapón de prueba, se llena con agua determinar en psi el enchufe de prueba

Solución

54' x 0.434 = 23.436 psi

Ejercicio N° 2

¿ A que altura elevará 30 psi el agua ?

Solución

30 x 2.304 = 69.12 pies

Ejercicio N° 3

Determinar la fuerza total en un tapón de prueba de 10" de diámetro con una altura de agua de 25 pies

Solución

25' x 0.434 = 10.85 psi
A = π x r²
A = 3.14 x 5² = 78.5 pulgadas cuadradas
78.5 sq in x 10.85 psi = 851.725 libras