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.