Por petición de un lector hoy vamos a explicar el funcionamiento de un grifo, ya que en más de una ocasión he conocido gente que desconocía el funcionamiento de este sistema. Los grifos son dispositivos mecánicos que se encuentran al final de una tubería y nos permiten obtener un caudal de agua determinado. Ejemplos domésticos, son el grifo del cuarto de baño o el de la cocina.
La cuestión de nuestro lector es la siguiente: Imaginemos una manguera echando agua. Si obstruimos la salida de ésta con el dedo, la presión aumentará (todos hemos experimentado este efecto al regar el jardín o el coche). Entonces, ¿por qué cuando se abre muy poco el grifo de nuestra casa obtenemos un bajo caudal y una baja presión? ¿no deberíamos obtener un caudal con alta presión al igual que en el ejemplo de la manguera?
Para explicar este fenómeno, empezaremos explicando el funcionamiento de un grifo monocanal, es decir, un grifo al que sólo le llega una línea de agua (la otra opción es un grifo que regule agua caliente y fría). La mayoría de los grifos utilizan un dispositivo de tornillo para regular el flujo de agua que circula por las tuberías. Éstas se encuentran siempre llenas de agua, de tal forma que al abrir el grifo se permite su evacuación. Si el grifo está cerrado, el agua no puede salir por él, ya que un disco de goma o cuero está cerrando la salida. Cuando abrimos el grifo, la llave hace girar un tornillo que levanta el disco, permitiendo al agua fluir y salir por la espita.
El agua encerrada en las tuberías de nuestra casa tienen una presión mayor que la presión atmosférica. Esta diferencia de presión es la causante de que el agua suba hasta tu casa y pueda salir a través del grifo. Ya hemos explicado anteriormente en Xataka Ciencia que la presión hidrostática en un punto viene determinada por
donde rho es la densidad del líquido (agua en nuestro caso), g es la constante de la gravedad y h es la altura del punto que estamos midiendo. Ya que la densidad del agua es constante y la gravededad también, concluimos que la presión depende únicamente del punto que estemos midiendo. De esta forma, tal y como podemos ver en la siguiente imagen, el punto A y el B poseen la misma altura, y por tanto la misma presión.
El flujo de agua que atraviesa el grifo viene determinada por la siguiente expresión
Como se puede observar, cuando la presión fuera del circuito de agua es igual a la presión interior, la parte izquierda de la ecuación es cero, por lo que el flujo de líquido será cero (por eso decimos que cuando no hay presión en la línea no obtenemos agua por el grifo). Sin embargo, cuando la diferencia de presiones sea grande, en función de la resistencia que presente el grifo obtendremos un determinado caudal. (La resistencia que ofrece el grifo depende de cuan abierto esté)
Debido al efecto Venturi, sabemos que cuando un fluido en movimiento dentro de un conducto pasa por una zona de sección menor, aumentará su velocidad a costa de disminuir su presión. Este efecto se explica a partir del Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Por tanto, si el caudal de un fluido es constante (ejemplo de la manguera) pero la sección disminuye (obstruimos con el dedo parte de la boca de la manguera), la velocidad aumentará.
¿Por qué no ocurre lo mismo con el grifo? La mayoría de los grifos están diseñados con un ‘giro’ o ‘codo’ en la tubería justo antes de que el agua salga al exterior. Así se consigue que el agua ‘choque’ con la pared, convirtiendo su energía cinética en energía térmica y evitando que el agua salga demasiado rápido.
Imagen grifo | indepthinfo
Imagen presión hidrostática | Copyright © Chris Sheridan and Janet Yowell, University of Colorado at Boulder, 2006.
![[Vídeo] Una bici para sortear nubes](http://img.xatakaciencia.com/thumbnails/12250.jpg)
Comentarios
interesante
El funcionamiento de un grifo monomando puede interesar a muchos ya que es muy común actualmente.
interesante
Muy bueno el enlace. Los grifos monomando funcionan con discos cerámicos tal como muestra el vídeo (en realidad hay diferentes tipos, pero son similares), es la pieza que suele fallar, normalmente por impurezas en el agua que desgastan el disco, provocando una fuga de agua, por eso no son recomendables cuando tenemos agua de pozo.
¡Sí señor! Me gusta este tipo de artículos. :-) Artículos en los que se busca explicar cosas cotidianas, cosas tan simples como un grifo, que utilizamos todos los días y mucha gente desconoce el mecanismo.
Como aclaración al lector, conviene decir que cuando se habla en el artículo de altura del punto, se refiere a la altura de fluido por encima del punto.
Un saludo ;-)
Ehm... creo que la respuesta es un poco más simple. Cuando obstruyes la salida de una manguera con el dedo no aumentas la presión, sino la VELOCIDAD del agua. La presión sigue siendo la misma, la potencia de la bomba (o la altura del depósito) es idéntica. El empuje del agua, es igual. Al crear una resistencia aumentas la tensión (haciendo un símil con la electricidad, aunque normalmente suele hacerse al revés para explicar el voltaje, sino estoy equivocado :P). Por eso en un grifo no sale el agua con más fuerza, lo que disminuye es el caudal, y la velocidad queda frenada al no estar libre hacia el exterior el estrangulamiento del agua.
De hecho, si aumentara la presión al empequeñecer el calibre (con el dedo en la salida de la manguera), saldría más agua, pero la cantidad de agua que sale es la misma.
Cuento lo que aprendi cuando estudié fontanería. Y creo que todo el manual de nueva obra que se aprobó en 2004 para instalaciones de agua a presión parte de lo que acabo de explicar. Si estoy equivocado, me gustaría saber por qué, porque la verdad creo que es algo muy interesante.
Un saludo.
Hola Raul, creo que en lo que dices estás mezclando muchos conceptos diferentes. dices:''si aumentara la presión al empequeñecer el calibre (con el dedo en la salida de la manguera), saldría más agua, pero la cantidad de agua que sale es la misma.''
En un conducto, si disminuyes la sección aumenta la velocidad del agua. El agua que entra es igual al agua que sale... caudal constante vamos.
caudal = velocidad * sección.
La presión en el conducto es la misma, pero en el estrechamiendo habrá disminuido.
Un saludo
-- editado por última vez a las 16:16
Un fluido en un conducto (o en una linea de corriente) tiene una energía que se manifiesta de tres formas, potencial (por altura), cinética (por velocidad) y la presión.
Si el fluido es ideal y alguna cosa más, y no tiene rozamiento que le haga perder energía,la energía se conserva. Si como han dicho, por conservación de la masa, al cambiar la sección cambia la velocidad, este aumento en energía cinética se tiene que sacar de algún lado, en este caso de la presión, por lo que al aumentar la velocidad, baja la presión del fluido.
En el grifo además se pierde velocidad por que la válvula introduce unas perdidas de carga, un rozamiento, que hace que se pierda energía.
Qué buen artículo! es una gran coincidencia que lo haya leído hoy, justo cuando tengo que sacar el Greene de la biblioteca. Saludos!
de las cosas que uno se entera y suele obviar, solo por el simple hecho de que son cotidianas...
Gracias por el Video y el Articulo, hoy aprendi algo mas (que yo mismo obviaba)
Excelente artículo! Lo más asombroso es lo cotidiano!
Hey! Esto es un asunto que me venía dando vueltas en la cabeza desde hace muucho tiempo xD
Está muy bueno el artículo, sobre todo la explicación del comportamiento de los elementos (en este caso el agua) ante las diferencias de presión y también el detalle de la energía resultante a variaciones ya sea de otros factores (la presión atmosférica) o de la forma en que se está manipulando el elemento (el caso del codo de los grifos).
Gracias por el dato.
He aqui un estudiante de Ingeniería xD Creo que lo expuesto es erróneo. Cuando un fluido que va por un conducto, descarga en otro fluido (en este caso, agua por el grifo descarga hacia el ambiente) una de las condiciones de contorno mas importante (condiciones que se deben cumplir en las ecuaciones) es que las presiones de ambos fluidos sea la misma. Asi que, si la presion del aire es la atmósferica, la presion de salida del agua es la atmosferica tambien.
Lo que varia es la velocidad en todo caso, la presion de descarga es la del ambiente SIEMPRE
Si y no. La presión a la que sale el agua es la atmosférica, pero la presión a la que está el agua en la tubería o el grifo no es la atmosférica, y es esa diferencia de presiones la que genera un caudal.
Pero hay que tener en cuenta que la forma del grifo generará un fluido turbulento (no laminar) con gran pérdida energética. Además el agua es un líquido viscoso no ideal, y tiene condición de adherencia con las superficies de la tubería/grifo, y no es algo despreciable en la válvula incluso siendo turbulento, ya que hace que la velocidad de salida del agua sea baja si está muy cerrado, a pesar de que Venturing dice que tiene que ir más rápido. O eso creo yo.
Eso es falso. La condición es que es que la presión de salida sea igual o MAYOR. Si el conducto es de area constante, la velocidad es constante y la presión igual. Si la presión es mayor se puede producir una onda de choque. Lo que no puede ser es menor, si no la corriente iría en sentido contrarío. Tienes que tener en cuenta que la presión total debe ser mayor que la salida. Si la presión estática es igual y la velocidad es nula, no habría caudal, si es igual pero hay velocidad, la presión total será mayor.
Cuando haces cálculos para estimar la presión y salida de una tobera convergente, la condición de contorno que se toma no es la presión, sino Mach=1, si al calcular la presión esta es igual o mayor que la del ambiente, tanto la velocidad como la presión serian correctas (en una tobera convergente la velocidad no puede ser mayor que la del sonido, o más bien, la velocidad a la que las ondas mecánicas como las de presión se mueven, que sería como la velocidad a la que la "información" sobre la diferencia de presiones se "transmite", y por lo tanto lo que permite que las presiones se tiendan igualar, esto no es correcto del todo pero sirve). Si la presión es menor, pues se deberá, entonces sí, tomar la presión ambiente como la de descarga, y recalcular la velocidad de descarga. Como te puedes imaginar, en la mayoría de los casos no aeronáuticos se está muy lejos de Mach 1. Otra cosa es que el fluido ya fuera del conducto iguala muy rápidamente la presión del ambiente.
Es a eso a lo que me refería, despreciando el rozamiento e ignorando la viscosidad del fluido, al disminuir el diámetro del conducto aumenta la velocidad pero la presión se mantendría constante. Eso es lo que he podido entender ¿No? Aunque lógicamente el rozamiento tiene que contar, de todas formas yo hablo recordando lo que mi profesor de fontanería me explicó (era algo importante, pues al hacer la instalación había que tener muy en cuenta los calibres, calcular los caudales, las ramificaciones de las tuberías, es decir cuantos aparatos iba a alimentar una tubería y por lo tanto dividir los diámetros teniendo en cuenta el caudal. Todo con un simple fin, mantener en todas las tuberías la misma velocidad de agua, ya que si es muy alta se producen golpes de ariete al cerrar el paso del agua por la inercia del líquido, y si es muy baja se producen depósitos en las tuberías.
Solo recuerdo que para solucionarlo teníamos en cuenta que la presión era constante SIEMPRE, independientemente del calibre del conducto, y que por lo tanto para variar el caudal solo teniamos que variar el calibre, lo cual, al menos en teoría, no alteraba la presión.
Ha sido muy interesante leeros. Supongo que en las lecciones de mi profesor había algún fallo o alguna falsa interpretación, pero para lo que buscábamos servía, y siempre es apasionante aprender más sobre las cosas cotidianas que se dan por sentado.
Un saludo.
No será un fallo sino una simplificación, algo que se hace mucho en la ingeniería. A efectos prácticos hay que considerar ciertas variables como despreciables y ciertos elementos como ideales.
Para un próximo artículo si puede ser y también sobre grifos, los intermitentes empujes del agua al salir, tras un corte en el suministro.
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