FEBRERO 2002

CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBREPRESIÓN Y FLUJO: PRESIÓN ESTÁTICA     Debemos recordar que es buena idea regresar a los conceptos fundamentales. A menudo, cuando se nos presentan por primera vez, no nos damos cuenta de su importancia. Sin embargo, después de algunos años de experiencia práctica en el oficio del tratamiento de agua, uno se da cuenta de lo importante que podrían ser estos conceptos si tan sólo supiéramos como usarlos. He visto como muchas de las instalaciones para el tratamiento de agua sufren problemas o no funcionan de la manera anticipada, debido a la falta de entendimiento de los principios fundamentales de la presión y el flujo del agua.   Mientras nos encontramos en este tema, demos las gracias a los matemáticos y científicos de antaño, incluyendo a Arquímedes, Pascal, Bernoulli y otros, por ayudarnos a comprender esta materia.   La presión del agua. ¿Qué es? En el sentido más general, la presión del agua es la “fuerza por unidad de área” ejercida por un fluido – en nuestro caso, el agua – sobre cualquier superficie que está en contacto con dicho líquido. Francamente, es posible que esta definición sea demasiado académica para poder ser utilizada en el campo, y por lo tanto vamos a explorarla un poco más. Existen dos categorías principales de presión de agua, presión estática y presión dinámica. Cuando una bomba de agua está funcionando, la distancia vertical desde el punto de referencia (tal como la línea central de la bomba) hasta la línea de grado hidráulico, es la presión dinámica. Discutiremos la presión dinámica más a fondo en la segunda parte de esta serie y por el momento nos enfocaremos en la presión estática.   Es la  fuerza (o peso debido a la gravedad) del agua, en estado de reposo, ejercida “por unidad de área” sobre una superficie. Veamos dos ejemplos sencillos para ilustrar este concepto.   El recipiente lleno de agua tiene un volumen de 10 metros cúbicos (m3)– o 10,000 litros (L) – con un área superficial del fondo de 1.0 metro cuadrado (m2)– o 10,000 centímetros cuadrados (cm2). Como un litro de agua pesa un kilogramo, entonces los 10,000 L pesan 10,000 kilogramos (kg). Por lo tanto el medidor de presión mide 10,000kg/m2 o 1.0 kg/cm2 (1m2 = 10,000cm2) – o, nuevamente, la fuerza (peso) por unidad de área. Si medimos la altura de los 10 m3 de agua en el recipiente, averiguaremos que es exactamente 10 metros.   Otro recipiente lleno de agua tiene un volumen de 2.5 m3 (2,500 L) con un área superficial del fondo de 0.5 m2 . Utilizando el mismo razonamiento anterior, el agua pesa 2,500 kilogramos y el medidor de presión mide 2,500 kg/0.5 m2 (5,000 kg/m2) o 0.5 kg/cm2 – una vez más, la fuerza (peso) por unidad de área. Si usted mide la altura de los 2.5 m3 de agua en el recipiente averiguará que es exactamente 5 metros.   Una de las propiedades más importantes de un fluido, como lo es el agua, es que la presión en cualquier punto es igual en todas las direcciones. Ya discutí la presión ejercida por el agua sobre la superficie del fondo del recipiente, pero hay que comprender que la presión en el fondo (y en cualquier otro punto) también es ejercida hacia fuera a los lados del recipiente y sobre cualquier objeto que esté sumergido en el agua.   Simplificando los cálculos de presión Ahora que ya he ilustrado como la presión estática es la fuerza (peso) ejercida por unidad de área, resulta claro comprender lo impráctico que sería utilizar este método para determinar la presión en “configuraciones” de agua más complicadas. Existe una manera más sencilla de hacerlo.   Si tuviéramos cinco “recipientes” de agua, cada uno de distinta forma y tamaño. Y cada recipiente está lleno de agua hasta la misma altura, 10 metros, por encima del fondo. La pregunta es: ¿Cuál es la presión en el fondo de los recipientes? Para ayudarle a determinar la presión, he conectado un medidor de presión al fondo de cada recipiente. No solamente le voy a dar la respuesta antes de discutir este asunto, sino que probablemente ésta sorprenderá a muchos de ustedes, aunque hayan trabajado en la industria del agua por un buen tiempo.   ¿La respuesta? ¡La presión es la misma para cada uno de los ejemplos anteriores! Sí, todos los medidores de presión que conectamos nos están indicando el mismo valor, 1.0 kg/cm2. ¿Le sorprende? La presión estática en cualquier punto de un volumen de agua es determinada solamente por la altura del agua por encima de dicho punto. La cantidad de agua que hay por encima de ese punto no importa. La forma o tamaño del “recipiente” tampoco importa – solamente importa la altura del agua, o “metro columna de agua” (mca), que es como se le conoce en Brasil. En el sistema métrico, la relación que existe entre la altura (o mca) y la presión es:   Presión Estática en kg/cm2  = Altura en Metros de la Columna de Agua (mca) x 0.1     Cada Metro de la Columna de Agua (mca) = 0.1 kg/cm2 de Presión Estática     Ejemplos de la vida real Ahora estamos listos para presentar un ejemplo de la vida real. El agua que recibe la mayoría de la población mundial proviene de tanques de agua elevados, los cuales proporcionan presión para las casas, departamentos, hoteles, y edificios de oficinas. A menudo se nos pide que conectemos dispositivos para el tratamiento del agua a estas fuentes, pero frecuentemente la presión de agua no es adecuada para proveer el funcionamiento anticipado de los filtros, sistemas para el tratamiento del medio, unidades de ósmosis inversa, etc. (Nota: en raro caso la presión es demasiado alta para operar sin riesgo el equipo para tratamiento de agua.) Ahora usted posee el conocimiento para calcular la presión estática – una de las herramientas de mayor utilidad en el tratamiento del agua.   Se presentan dos situaciones comunes: Primero, un tanque de agua sobre el techo de una casa con un sistema de tubería que proporciona agua a una llave en el piso de abajo. Supongamos que usted quiere instalar un filtro u otro dispositivo de punto de uso (PDU) para el tratamiento del agua el cual requiere una presión mínima para proporcionar un flujo aceptable o para contracorriente. Calcular la presión es muy fácil. Sencillamente determine la altura en metros del tanque por encima de su punto de instalación y multiplique este número por 0.1 para obtener la presión en kg/cm2 . En este caso, la altura es 8 metros y la presión 0.8 kg/cm2.   El ejemplo representa un edificio de varios pisos con un tanque sobre el techo y un sistema de plomería que va a todos los pisos. Supongamos que desea instalar sistemas para el tratamiento del agua en el primer piso, el cuarto piso, y en el piso superior. Nuevamente, es relativamente fácil calcular la presión sin tener que conectar un medidor de presión en cada piso. Determine la altura del edificio midiendo la altura de un piso y multiplicando el resultado por el número de pisos en el edificio. Después, hay que ir al techo para calcular o medir la altura del tanque de agua sobre su punto de instalación. Los resultados, basados en la información anterior, son los siguientes:   ·         Presión en el primer piso:             36 metros x 0.1 kg/cm2 = 3.6 kg/cm2 ·         Presión en el cuarto piso:             21 metros x 0.1 kg/cm2 = 2.1 kg/cm2 ·         Presión en el piso superior:             10 metros x 0.1 kg/cm2 = 1.0 kg/cm2 Otras medidas de presión En los ejemplos que se mostraron anteriormente, he utilizado las unidades de presión denominadas “metro columna de agua” (mca) y kg/cm2, pero existen otras unidades que se utilizan para expresar la presión, tanto en el sistema métrico como en el sistema estadounidense de medidas. Es importante tener un conocimiento básico de ambos sistemas. Una de las razones para aprender ambos es que muchos de los sistemas y componentes para tratamiento de agua que se usan en Latinoamérica son importados de los Estados Unidos y por lo general, la literatura y los manuales para estos productos han sido escritos usando unidades de presión basadas en el sistema estadounidense.   Conclusión Para concluir la primera parte de nuestra serie acerca de los fundamentos sobre la presión, les presento una tabla y definición de las unidades de presión más comunes y los factores de conversión para conectar dichas unidades (ver la tabla 1). En la segunda parte de esta serie, que aparecerá en nuestro siguiente número, cubriremos asuntos más específicos relacionados con la presión dinámica.   Robert Slovak Agua Latinoamérica Mayo / Junio 2001 robrtslovak@aol.com Pág. 22, 23, 24 y 25

 

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