8.1: ¿Estás perdido?

Presión

La presión es la cantidad de fuerza que está “empujando” sobre un área unitaria específica. Bueno, ¿qué significa esto? Cuando enciendes tu grifo de agua o ducha sientes que el agua fluye hacia afuera, pero ¿por qué fluye hacia afuera? El agua fluye a través de tuberías y sale de los grifos porque está bajo presión. Podría ser que se encienda una bomba en cuyo caso la bomba y el motor están proporcionando la presión. Más comúnmente, la presión está siendo proporcionada por el agua que se almacena a una elevación más alta. Las presiones generalmente se expresan como libras por pulgada cuadrada (psi), pero pueden expresarse como libras por pie cuadrado o libras por yarda cuadrada también. La clave es que la fuerza se exprese por unidad de área.

Por lo general, los operadores de agua medirán presiones con medidores y expresarán la respuesta de la unidad como psig. La “g” es este caso representa calibre. Sin embargo, también es común expresar presión en pies. Los pies representan la altura del agua en relación con la ubicación en la que se está midiendo la presión.

Hay dos factores de uso común para convertir de pies a psi y viceversa. Por cada pie en cambio de elevación, hay un cambio de 0.433 en psi. Por el contrario, por cada cambio de una psi, hay un cambio de elevación de 2.31 pies.

1 pie = 0.433 psi

2.31 pies = 1 psi

Como se discutió anteriormente, la densidad o peso del agua es de aproximadamente 8.34 libras por galón. Utilizando este factor de conversión, se puede calcular la fuerza real ejercida por el agua.

Ejemplo

Figura\(\PageIndex{1}\)

La presión en el fondo de ambos tanques en este ejemplo es la misma. Esto se debe a que las alturas son equivalentes y las presiones se basan únicamente en la elevación. Sin embargo, la fuerza ejercida sobre el fondo de los tanques es dramáticamente diferente. La “fuerza” se basa en el peso real del agua.

• Presión = 30 pies x 0.433 psi/ft = 13 psi o 30 pies ÷ 2.31 pies/psi = 13 psi
• Fuerza = el volumen de agua (en galones) en cada tanque multiplicado por 8.34 lb/gal
• Tanque Izquierdo = 0.785 x 10 ft x 10 ft x 30 ft x 7.48 = 17,615 Galones
  • 17,615 Galones x 8.34 lb/gal = 146,912 libras de fuerza
• Depósito Derecho = 0.785 x 40 ft x 40 ft x 30 ft x 7.48 = 281,846 Galones
  • 281,846 Galones x 8.34 lb/gal = 2,350,599 libras de fuerza

Ejercicios

Resolver los siguientes problemas relacionados con la presión y la fuerza.

1. ¿Cuál es la presión en el fondo de un tanque de 30 pies si el tanque está medio lleno?

2. Un tanque de 28 pies de altura se asienta en una colina de 75 pies de altura. Suponiendo que el tanque está lleno, ¿cuál es la presión en el fondo del cerro?

3. La apertura de una boca de incendios de 2 1/2” tiene una presión de 135 psi. ¿Cuál es la fuerza correspondiente en libras?

4. Una casa se encuentra a una altura de 1,301 pies sobre el nivel del mar. La base de un tanque de agua que sirve a la casa se encuentra a una altura de 1,475 pies sobre el nivel del mar. El tanque mide 35 pies de altura y ¾ lleno. ¿Cuál es la presión en psi en el hogar?

5. Dos casas son atendidas por un tanque de almacenamiento de agua cercano. La Casa A está a 55 pies sobre la Casa B que se encuentra a 725 pies sobre el nivel del mar. La base del tanque se encuentra a 855 pies sobre el nivel del mar. El bajo nivel de agua en el tanque es de 7.5 pies. En el nivel bajo, ¿la Casa A cumplirá con los requisitos mínimos de presión de 35 psi?

6. La Casa A se encuentra a una altura de 975 pies. Se necesita construir otra casa (B) 75 pies por debajo de la Casa A. ¿A qué altura se debe construir el tanque para darle a la Casa B la presión máxima de 130 psi?

7. Una tubería que fluye tiene una presión de 98 psi y una fuerza correspondiente de 4,924 libras. ¿Cuál es el diámetro de la tubería?