Il calcolatore seguente è progettato per calcolare una quantità sconosciuta da determinati valori utilizzando la formula per la pressione di una colonna di liquido.
La formula stessa:

La calcolatrice ti consente di trovare

• pressione di una colonna di liquido in base alla densità nota del liquido, all'altezza della colonna di liquido e all'accelerazione di gravità
• altezza di una colonna di liquido in base alla pressione del liquido, alla densità del liquido e all'accelerazione gravitazionale note
• densità del liquido basata sulla pressione del liquido nota, sull'altezza della colonna di liquido e sull'accelerazione gravitazionale
• accelerazione gravitazionale basata sulla pressione del fluido, sulla densità del fluido e sull'altezza della colonna del fluido note

Derivare formule per tutti i casi è banale. Per la densità, il valore predefinito è la densità dell'acqua, per l'accelerazione di gravità - l'accelerazione della terra e per la pressione - un valore pari a un'atmosfera di pressione. Un po' di teoria, come al solito, sotto la calcolatrice.

pressione densità altezza accelerazione di gravità

Pressione nel liquido, Pa

Altezza della colonna di liquido, m

Densità del liquido, kg/m3

Accelerazione di gravità, m/s2

Pressione idrostatica- pressione della colonna d'acqua superiore al livello convenzionale.

Formula pressione idrostaticaè derivato in modo abbastanza semplice

Da questa formula è chiaro che la pressione non dipende dall'area della nave o dalla sua forma. Dipende solo dalla densità e dall'altezza della colonna di un particolare liquido. Da ciò ne consegue che aumentando l'altezza della nave possiamo creare abbastanza alta pressione.
Blaise Pascal lo dimostrò nel 1648. Inserì un tubo stretto in una botte chiusa piena d'acqua e, salendo sul balcone del secondo piano, versò una tazza d'acqua in questo tubo. A causa del piccolo spessore del tubo, l'acqua al suo interno salì alta altitudine, e la pressione nella canna aumentò così tanto che i dispositivi di fissaggio della canna non riuscirono a sopportarla e si spezzò.

Ciò porta anche al fenomeno del paradosso idrostatico.

Paradosso idrostatico- un fenomeno in cui la forza di pressione del peso di un liquido versato in un recipiente sul fondo del recipiente può differire dal peso del liquido versato. Nei vasi con aumento verso l'alto sezione trasversale forza di pressione sul fondo del recipiente meno peso liquido, nei recipienti con sezione trasversale decrescente verso l'alto, la forza di pressione sul fondo del recipiente è maggiore del peso del liquido. La forza della pressione del liquido sul fondo del recipiente è uguale al peso del liquido solo per un recipiente cilindrico.

Nella figura sopra, la pressione sul fondo del recipiente è la stessa in tutti i casi e non dipende dal peso del liquido versato, ma solo dal suo livello. La ragione del paradosso idrostatico è che il liquido preme non solo sul fondo, ma anche sulle pareti della nave. La pressione del fluido sulle pareti inclinate ha una componente verticale. In un vaso che si espande verso l'alto è diretto verso il basso; in un vaso che si restringe verso l'alto è diretto verso l'alto. Il peso del liquido nel recipiente sarà pari alla somma delle componenti verticali della pressione del liquido su tutta l'area interna del recipiente

Come progettare e realizzare un sistema di approvvigionamento idrico che soddisfi tutte le nostre esigenze

Dmitry Belkin

Impianto idraulico nessun problema. introduzione

È difficile immaginare una casa moderna senza acqua corrente. Inoltre, il tempo passa, il progresso non si ferma e i sistemi di approvvigionamento idrico vengono migliorati. Stanno comparendo gli ultimi sistemi idraulici, che non solo consentono di ottenere acqua "con le bolle", il che è molto piacevole, ma anche di risparmiare notevolmente acqua. E risparmiare acqua casetta moderna- la cosa è davvero ultima. Risparmiando acqua, risparmiamo denaro sulle riparazioni attrezzature di pompaggio, sull'elettricità, sulla pulizia della fossa settica e, soprattutto, risparmiando acqua, salviamo il nostro pianeta, e il mancato rispetto delle norme ambientali è, secondo i più moderni standard morali, etici e religiosi, un peccato mortale.

Affinché l'approvvigionamento idrico nella nostra casa soddisfi pienamente tutti requisiti moderni, dobbiamo ottenere da esso le seguenti caratteristiche. L'acqua dovrebbe scorrere senza intoppi, cioè non dovrebbero esserci forti perdite di carico. Non dovrebbe produrre rumore nei tubi e non dovrebbe contenere aria o inclusioni estranee che potrebbero rompere le nostre moderne valvole in ceramica e altri dispositivi. L'acqua deve trovarsi nei tubi ad una certa pressione. Il minimo di questa pressione è 1,5 atmosfere. Questo è il minimo che consente il funzionamento delle moderne lavatrici e lavastoviglie. Tuttavia, poiché questa è già la seconda versione dell'articolo, possiamo dire che il minimo specificato è condizionale. Almeno per un gran numero di lettori pronti a sacrificare le proprie comodità, lavatrici Funzionano anche a una pressione più bassa, cosa di cui sono rimasto soddisfatto un gran numero di lettere di rimprovero. Domanda con lavastoviglie rimane aperto, poiché a mia memoria nessuno dei lettori che dispongono di sistemi di approvvigionamento idrico a bassa pressione ha utilizzato la lavastoviglie.

Non dimenticare la seconda caratteristica tecnica principale del sistema di approvvigionamento idrico (la prima è la pressione). Questo è il consumo di acqua. Dobbiamo essere sicuri di poter fare la doccia mentre laviamo i piatti in cucina, e se ci sono 2 bagni in casa, non dovrebbe risultare che puoi usarne solo uno e non c'è abbastanza acqua per il secondo . Fortunatamente, le moderne stazioni di pompaggio consentono di progettare una fornitura idrica tenendo conto di entrambe le caratteristiche importanti, ovvero la pressione e il flusso dell'acqua.

Sin dai tempi antichi, le torri d'acqua sono state utilizzate per creare l'approvvigionamento idrico. Mi sono sempre piaciuti. Sembrano belli e potenti. Possono essere visti da lontano. Credo che dovrebbero piacere a tutti, soprattutto alle donne, poiché sono simboli fallici e il fallo è la personificazione della luce, della forza e della mascolinità. Ma mi sono distratto... Significato e scopo Torre dell'acqua Non si tratta affatto di suscitare i migliori sentimenti nelle persone, sebbene anche questo sia importante, ma di creare una pressione sufficiente nella fornitura d’acqua. La pressione si misura in atmosfere. Se solleviamo l'acqua ad un'altezza di 10 metri e la lasciamo scorrere verso il basso, a livello del suolo il peso della colonna d'acqua creerà una pressione pari a un'atmosfera. Cinque casa a piani ha un'altezza da terra di 15-16 metri. Pertanto, una torre dell'acqua alta quanto un edificio di cinque piani creerà una pressione di 1,5 atmosfere a livello del suolo. Se colleghi la torre a un edificio a cinque piani, possiamo dire che i residenti del primo piano avranno la stessa pressione concordata di 1,5 atmosfere. I residenti al secondo piano avranno una pressione inferiore. Se l'altezza della colonna d'acqua è di 15 metri, il livello della valvola al secondo piano è, diciamo, a 3,5 metri da terra, quindi la pressione al suo interno sarà 15-3,5 = 11,5 metri di colonna d'acqua o 1,15 atmosfere . I residenti del quinto piano non avranno alcuna pressione nella fornitura d'acqua! Possono essere congratulati per questo. Lasciali andare a lavarsi con i loro amici al primo e al secondo piano.

Ovviamente, per ottenere una pressione di 4 atmosfere, dobbiamo costruire una torre dell'acqua alta 40 metri, che è all'incirca l'altezza di una casa di 13 piani, e non importa quale serbatoio ci sia in cima alla nostra torre altissima. . Puoi trascinare lì anche un serbatoio ferroviario da 60 tonnellate e la pressione rimarrà esattamente di 4 atmosfere. Inutile dire che il compito di costruire una torre dell’acqua alta 40 metri è molto difficile e costoso. È assolutamente inutile costruire una torre del genere ed è per questo che non vengono costruite. Bene, grazie a Dio, anche se il fallo è alto quanto un edificio di 13 piani... è impressionante.

La storia delle torri idriche è banale e quindi inutile. Le informazioni sono ovvie e note a tutti. Spero di aver almeno divertito i lettori. È chiaro che una moderna pompa dell'acqua è molto più redditizia e affidabile di una torre dell'acqua. Ma di pompe parleremo nei prossimi articoli della serie.

Pressione dell'acqua

IN specifiche tecniche la pressione può essere indicata non solo in atmosfere, ma anche in metri. Come risulta da quanto scritto sopra, questi termini (atmosfere e metri) sono facilmente traducibili tra loro e possono essere considerati la stessa cosa. Tieni presente che ciò significa metri di colonna d'acqua.

Su varie apparecchiature si possono trovare altri simboli di pressione. Ecco una breve panoramica delle unità che si trovano sulle targhette.

Designazione	Nome	Nota
A	Atmosfera tecnica	1 a è uguale a 1kgf/cm2 10 metri di colonna d'acqua 0,98 bar Si noti che kgf/cm 2 e atmosfera tecnica sono la stessa cosa. Inoltre, nella presentazione precedente, si intendeva l'atmosfera tecnica, poiché è proprio questa atmosfera che equivale a 10 metri di colonna d'acqua
ATM	Atmosfera fisica	1 atm equivale a 760 (torr) mmHg 1,01325 bar Colonna d'acqua di 10,33 metri Ovviamente, un'atmosfera fisica rappresenta una pressione leggermente maggiore di un'atmosfera tecnica
sbarra	Sbarra	1 barra equivale a 1.0197 atm (atmosfera tecnica) 0,98692 atm (atmosfera fisica) 0,1 MPa (megapascal) Il bar è un'unità di pressione non sistemica. Direi che è brava. Nota: 1 bar è approssimativamente il valore medio tra l'atmosfera tecnica e quella fisica. Pertanto 1 bar può, se necessario, sostituire entrambe le atmosfere.
MPa	Megapascal	1MPa 10.197 atm (atmosfera tecnica) 9.8692 atm (atmosfera fisica) 10 bar I manometri sono spesso calibrati in MPa. Va tenuto presente che queste unità non sono tipiche per gli impianti idraulici di una casa privata, ma piuttosto per esigenze industriali. Per il nostro sistema di approvvigionamento idrico è adatto un manometro con un limite di misurazione di 0,8 MPa

Se una pompa sommergibile astratta solleva l'acqua per 30 metri, ciò significa che sviluppa una pressione dell'acqua all'uscita, ma non alla superficie terrestre, esattamente di 3 atmosfere. Se c'è un pozzo profondo 10 metri, quando si utilizza la pompa indicata, la pressione dell'acqua sulla superficie terrestre sarà di 2 atmosfere (tecniche) o altri 20 metri di aumento.

Consumo d'acqua

Consideriamo ora il consumo di acqua. Si misura in litri all'ora. Per ottenere litri al minuto da questa caratteristica è necessario dividere il numero per 60. Esempio. 6.000 litri all'ora equivalgono a 100 litri al minuto o 60 volte meno. Il flusso dell'acqua dovrebbe dipendere dalla pressione. Maggiore è la pressione, maggiore è la velocità dell'acqua nei tubi e maggiore è la quantità di acqua che attraversa una sezione di tubo nell'unità di tempo. Cioè, ne esce di più dall'altra parte. Tuttavia, non è così semplice. La velocità dipende dalla sezione del tubo e maggiore è la velocità e minore è la sezione, maggiore è la resistenza che l'acqua incontra nel muoversi nei tubi. La velocità, quindi, non può aumentare indefinitamente. Supponiamo di aver fatto un piccolo foro nel nostro tubo. Abbiamo il diritto di aspettarci che l'acqua fuoriesca da questo minuscolo foro alla velocità di fuga, ma ciò non accade. La velocità dell'acqua, ovviamente, aumenta, ma non tanto quanto ci aspettavamo. La resistenza all'acqua influisce. Pertanto, le caratteristiche della pressione e del flusso d'acqua sviluppate dalla pompa sono strettamente correlate al design della pompa, alla potenza del motore della pompa, alla sezione trasversale dei tubi di ingresso e di uscita, al materiale di cui sono costituite tutte le parti della pompa. vengono realizzati la pompa e il tubo e così via. Dico tutto questo per intendere che le caratteristiche della pompa riportate sulla targhetta sono generalmente approssimative. È improbabile che siano più grandi, ma ridurli è molto semplice. La relazione tra pressione e flusso d'acqua non è proporzionale. Ci sono molti fattori che influenzano queste caratteristiche. Nel caso del ns pompa sommergibile più è profondo l'immersione nel pozzo, minore sarà il flusso d'acqua in superficie. Un grafico che mette in relazione questi valori è solitamente fornito nelle istruzioni della pompa.

Costruzione di una stazione di pompaggio domestica

Per installare un sistema di approvvigionamento idrico in una casa privata, puoi creare qualcosa come una piccola torre dell'acqua a casa, ovvero posizionare un serbatoio in soffitta. Calcola tu stesso quanta pressione riceverai. Per una casa normale sarà poco più della metà dell'atmosfera, e anche allora nella migliore delle ipotesi. E questa pressione non aumenterà se viene utilizzato un serbatoio di capacità maggiore.

Ovviamente, è impossibile ottenere un impianto idraulico normale in questo modo. Non devi preoccuparti e utilizza la cosiddetta stazione di pompaggio, composta da una pompa dell'acqua, un pressostato e un serbatoio a membrana. Stazione di pompaggio differisce in quanto accende e spegne automaticamente la pompa. Come fai a sapere quando è il momento di aprire l'acqua? Bene, ad esempio, usa un pressostato che accende la pompa quando la pressione scende al di sotto di un certo valore e la spegne quando la pressione aumenta fino a un altro valore, ma molto specifico. Tuttavia, la pompa si avvia all'improvviso, provocando il cosiddetto colpo d'ariete, che può danneggiare gravemente l'intero sistema di approvvigionamento idrico, compresi gli impianti idraulici, i tubi e la pompa stessa. Per prevenire gli shock, fu inventato un serbatoio a membrana, o accumulatore d'acqua.

Questo è quello che è.

Ho usato i numeri per indicare quanto segue:

1. Corpo del serbatoio. Molto spesso è blu ( acqua fredda), ma può anche essere rosso, non necessariamente per l'acqua calda.
2. Serbatoio interno in gomma alimentare
3. Capezzolo. Proprio come un pneumatico per auto
4. Raccordo per collegamento alla rete idrica. dipende dalla capacità del serbatoio.
5. Spazio aereo. Aria sotto pressione
6. L'acqua che si trova all'interno del serbatoio di gomma
7. Uscita acqua ai consumatori
8. Ingresso acqua dalla pompa

L'aria si trova tra le pareti metalliche del serbatoio e la membrana. In assenza di acqua, ovviamente, la membrana viene schiacciata e premuta contro la flangia in cui è situato il tubo di ingresso dell'acqua. L'acqua entra nel serbatoio sotto pressione. La membrana si espande e occupa spazio all'interno del serbatoio. L'aria già sotto pressione resiste all'espansione del serbatoio dell'acqua. Ad un certo punto, la pressione dell'acqua nella membrana e dell'aria tra la membrana e il serbatoio viene bilanciata e il flusso dell'acqua nel serbatoio si interrompe. In teoria, la pressione dell'acqua nella rete idrica dovrebbe raggiungere il valore richiesto e il motore della pompa dovrebbe spegnersi un po' prima del momento in cui le pressioni dell'aria e dell'acqua si equilibrano.

Per attenuare gli shock idraulici, abbiamo bisogno di un serbatoio molto piccolo e non è assolutamente necessario riempirlo. Tuttavia, in pratica, i proprietari preferiscono utilizzare serbatoi di notevole capacità. La capacità del serbatoio può essere di 50 o 100 litri e così via fino a mezza tonnellata. Il fatto è che in questo caso viene utilizzato l'effetto dell'accumulo di acqua. In altre parole, la pompa funziona più a lungo del necessario per lavarci. Ma poi il motore riposa più a lungo. Si ritiene che il motore si deteriori non a causa del tempo di funzionamento, ma del numero di avviamenti e arresti. L'utilizzo di un serbatoio di accumulo consente alla pompa di accendersi per periodi di tempo molto più lunghi e di non reagire ai flussi d'acqua a breve termine.

Lo stoccaggio dell'acqua è molto utile e non solo per allungare la vita della pompa. C'è stato un tempo in cui stavo facendo la doccia e la luce era spenta. Nel serbatoio c'era abbastanza acqua per lavare via il sapone. Cioè, ne avevo abbastanza dell'acqua che si era accumulata nel serbatoio.

Un serbatoio a membrana da 60 litri non può contenere 60 litri di acqua. Non dimentichiamoci dell'aria tra la membrana e le pareti del serbatoio. Modificando la pressione dell'aria e regolandola con precisione, è possibile garantire che vi sia una certa quantità massima di acqua nel serbatoio. Inoltre, nulla impedisce di collegare i serbatoi parallelamente tra loro in qualsiasi quantità.

I serbatoi non richiedono praticamente alcuna manutenzione. Devono essere pompati circa una volta all'anno con una normale pompa per auto.

Oltre al pressostato, che accende la pompa quando la pressione scende a un certo valore e la spegne quando aumenta (reazione alla pressione), esiste anche il cosiddetto pressostato automatico. Ha un principio diverso ed è progettato per una classe di consumatori di acqua leggermente diversa. Tale automazione accende anche la pompa quando la pressione nel sistema scende a un certo valore, ma la pompa si spegne non quando viene raggiunta la pressione, ma quando il flusso di liquido attraverso l'automazione si interrompe, e anche con un ritardo. In altre parole, l'automazione accenderà il motore non appena si aprirà il rubinetto. Poi chiudi il rubinetto. Successivamente la pompa funzionerà per un po' di tempo, aspettando che tu cambi idea e riapri il rubinetto, e poi, apparentemente rendendoti conto che non aprirai più il rubinetto, si spegnerà. Qual è la differenza tra un pressostato e un automatico? Ovviamente l'accensione della pompa con l'automazione può essere più frequente che con un pressostato e serbatoio di stoccaggio. Questo è il punto più significativo. Il fatto è che se la pompa si accende, diciamo, una volta ogni 2 minuti, funziona per 30 secondi e si spegne, è meglio che funzioni costantemente senza spegnersi. Quindi il motore target sarà, e forse verrà spesa meno elettricità, perché nel momento in cui si accende motore asincrono la sua azione è simile a corto circuito. L'uso dell'automazione è adatto quando si utilizza una pompa a basse prestazioni o la pompa viene utilizzata per l'irrigazione. In entrambi i casi, il relè si accenderà e si spegnerà abbastanza frequentemente, il che è negativo.

Nessuno vieta l'uso del controllo automatico della pressione in un sistema con serbatoio a membrana. Inoltre, il costo dell'automazione non è molto superiore al costo di un buon pressostato.

Ciò di cui non scrivono nei libri

In primo luogo, i libri non scrivono sul principio di funzionamento del controllo automatico della pressione. Quindi rileggiamo e godiamoci.

In secondo luogo, nessuno scrive nei libri sulla qualità dei pressostati e dei vasi di espansione. I serbatoi di espansione economici utilizzano membrane di gomma molto sottili. Sono stato sorpreso di scoprire che in tali serbatoi a membrana l'acqua colpisce la membrana, che, come già accennato, è accartocciata e premuta nel punto in cui entra l'acqua, e alla prima accensione si strappa il fondo del membrana. Assolutamente! Nessun incollaggio possibile. Cosa fare? Difficile da dire. Il mio primo pensiero è stato quello di andare a comprare una vasca meravigliosa e collaudata esperienza personale Azienda italiana ZILMET. Ma è ancora spaventoso. Questo serbatoio costa 3 volte di più di uno domestico dello stesso volume. Il rischio può comportare la perdita di molti soldi. Puoi invece posizionare una valvola a sfera davanti al serbatoio, ma non sul serbatoio stesso, bensì a distanza, e aprirla con molta attenzione alla prima accensione per limitare il flusso d'acqua . E poi, dopo aver riempito il serbatoio, apri e tieni aperto. Il punto è che l'acqua dalla membrana non fuoriesce completamente e l'acqua che rimane nella membrana impedisce all'impatto dell'acqua di strappare la membrana.

In terzo luogo, i pressostati economici, a quanto pare, sono “in grande debito”. Durante la creazione del mio sistema di approvvigionamento idrico, non mi sono concentrato sul fatto di avere un pressostato italiano. Ha funzionato fedelmente per 10 anni ed è marcito. L'ho sostituito con opzione economica. Letteralmente due settimane dopo si è bloccato e il motore ha funzionato tutta la notte, ma non l'ho nemmeno sentito. Adesso cerco campioni italiani e tedeschi a prezzo normale. Ho trovato una staffetta italiana FSG-2. Vediamo come servirà.

È passato del tempo (circa un anno) e sto finendo il risultato. La staffetta si è rivelata buona, semplicemente meravigliosa. Ha funzionato per un anno e la pressione di commutazione ha iniziato a fluttuare nel cielo. Ho iniziato ad aggiustarlo: non ha aiutato. Il problema è che l'unità a membrana è intasata dalla ruggine dei tubi. Sono state scritte storie buone e utili separate su come funziona il pressostato e su come funziona.

Questo è l'intero articolo. A proposito, questa è la seconda edizione e rivista molto seriamente. Anche corretto. Chiunque abbia letto fino alla fine: rispetto e rispetto sinceri.

L'impianto idraulico, a quanto pare, non fornisce molti motivi per addentrarsi nella giungla di tecnologie, meccanismi o impegnarsi in calcoli scrupolosi per costruire schemi complessi. Ma una visione del genere è uno sguardo superficiale all’impianto idraulico. Il vero settore idraulico non è in alcun modo inferiore in termini di complessità ai processi e, come molti altri settori, richiede un approccio professionale. A sua volta, la professionalità è un solido bagaglio di conoscenze su cui si basa l'idraulica. Immergiamoci (anche se non troppo profondamente) nel flusso della formazione idraulica per fare un passo avanti verso lo status professionale di idraulico.

Le basi fondamentali dell'idraulica moderna furono formate quando Blaise Pascal scoprì che l'azione della pressione del fluido è costante in qualsiasi direzione. Azione pressione del liquido diretto perpendicolarmente alla superficie.

Se un dispositivo di misurazione (manometro) viene posto sotto uno strato di liquido ad una certa profondità e il suo elemento sensibile è diretto in direzioni diverse, le letture della pressione rimarranno invariate in qualsiasi posizione del manometro.

Cioè la pressione del fluido non dipende in alcun modo dal cambio di direzione. Ma la pressione del fluido ad ogni livello dipende dal parametro di profondità. Se il misuratore di pressione viene avvicinato alla superficie del liquido, la lettura diminuirà.

Di conseguenza, durante l'immersione, le letture misurate aumenteranno. Inoltre, in condizioni di raddoppio della profondità, anche il parametro di pressione raddoppierà.

La legge di Pascal dimostra chiaramente l'effetto della pressione dell'acqua nelle condizioni più familiari della vita moderna.

Ovviamente, quando la velocità diventa un fattore, entra in gioco la direzione. Anche una forza legata alla velocità deve avere una direzione. Pertanto, la legge di Pascal, in quanto tale, non si applica ai fattori di potenza dinamica del flusso di fluido.

La velocità del flusso dipende da molti fattori, tra cui la separazione strato per strato della massa liquida, nonché la resistenza creata da vari fattori

I fattori dinamici di inerzia e attrito sono legati a fattori statici. La prevalenza e la perdita di pressione sono legate alla prevalenza idrostatica del liquido. Tuttavia, alcuni pressione di velocità può sempre essere convertito in pressione statica.

La forza, che può essere causata dalla pressione o dalla pressione durante la manipolazione di liquidi, è necessaria per avviare il movimento di un corpo se è a riposo ed è presente in una forma o nell'altra quando.

Pertanto, ogni volta che si fissa la velocità di movimento di un fluido, parte della sua pressione statica iniziale viene utilizzata per organizzare questa velocità, che successivamente esiste come velocità di pressione.

Volume e portata

Il volume del fluido che passa attraverso un punto particolare in un dato momento è considerato volume del flusso o portata. Il volume del flusso è solitamente espresso in litri al minuto (L/min) ed è correlato alla pressione relativa del fluido. Ad esempio, 10 litri al minuto a 2,7 atm.

La velocità del flusso (velocità del fluido) è definita come la velocità media alla quale un fluido si muove oltre un determinato punto. Tipicamente espresso in metri al secondo (m/s) o metri al minuto (m/min). La portata è un fattore importante quando si dimensionano le linee idrauliche.

Il volume e la velocità del flusso del fluido sono tradizionalmente considerati indicatori “correlati”. A parità di volume di trasmissione la velocità può variare a seconda della sezione del passaggio

Volume e portata sono spesso considerati contemporaneamente. A parità di altre condizioni (assumendo che il volume in ingresso rimanga costante), la portata aumenta al diminuire della sezione trasversale o della dimensione del tubo e la portata diminuisce all'aumentare della sezione trasversale.

Pertanto, in ampie parti delle condotte si osserva un rallentamento della velocità del flusso e in luoghi stretti, al contrario, la velocità aumenta. Allo stesso tempo, il volume d'acqua che passa attraverso ciascuno di questi punti di controllo rimane invariato.

Principio di Bernoulli

Il noto principio di Bernoulli si basa sulla logica secondo cui un aumento (diminuzione) della pressione di un fluido è sempre accompagnato da una diminuzione (aumento) della velocità. Al contrario, un aumento (diminuzione) della velocità del fluido porta ad una diminuzione (aumento) della pressione.

Questo principio è alla base di una serie di fenomeni idraulici comuni. Come esempio banale, il principio di Bernoulli è responsabile della "retrazione verso l'interno" della tenda della doccia quando l'utente apre l'acqua.

La differenza di pressione tra l'esterno e l'interno esercita una forza sulla tenda della doccia. Con questo sforzo vigoroso il sipario viene tirato verso l’interno.

Per gli altri un chiaro esempioè una bottiglia di profumo con un ugello spray quando viene creata un'area bassa pressione a causa dell'elevata velocità dell'aria. E l'aria trasporta con sé il liquido.

Principio di Bernoulli per l'ala di un aereo: 1 - bassa pressione; 2 - alta pressione; 3 — flusso veloce; 4 — flusso lento; 5 - ala

Il principio di Bernoulli mostra anche perché le finestre di una casa tendono a rompersi spontaneamente durante gli uragani. In questi casi è estremamente ad alta velocità l'aria fuori dalla finestra porta al fatto che la pressione all'esterno diventa molto inferiore alla pressione all'interno, dove l'aria rimane praticamente immobile.

Una differenza significativa di forza spinge semplicemente le finestre verso l'esterno, provocando la rottura del vetro. Quindi, quando si avvicina un grande uragano, è necessario aprire il più possibile le finestre per equalizzare la pressione all'interno e all'esterno dell'edificio.

E ancora un paio di esempi in cui funziona il principio di Bernoulli: l'ascesa di un aeroplano con successivo volo dovuto alle ali e il movimento delle "palle curve" nel baseball.

In entrambi i casi si crea una differenza nella velocità dell'aria che passa davanti all'oggetto dall'alto e dal basso. Nelle ali degli aerei la differenza di velocità è creata dal movimento dei flap; nel baseball è la presenza di un bordo ondulato.

Pratica dell'idraulico domestico

Esaminiamo più in dettaglio l'esperimento con un pistone che aspira acqua in un tubo. All'inizio dell'esperimento (Fig. 287), l'acqua nel tubo e nella tazza è allo stesso livello e il pistone tocca l'acqua con la sua superficie inferiore. L'acqua viene premuta contro il pistone dal basso dalla pressione atmosferica che agisce sulla superficie dell'acqua nella tazza. In cima al pistone (lo considereremo senza peso) agisce anche Pressione atmosferica. Da parte sua, il pistone, secondo la legge di uguaglianza di azione e reazione, agisce sull'acqua nel tubo, esercitando su di essa una pressione pari alla pressione atmosferica che agisce sulla superficie dell'acqua nella tazza.

Riso. 287. Aspirazione d'acqua in un tubo. Inizio dell'esperimento: il pistone è al livello dell'acqua nella tazza

Riso. 288. a) Lo stesso della Fig. 287, ma con il pistone sollevato, b) Grafico della pressione

Alziamo ora il pistone ad una certa altezza; per fare ciò sarà necessario applicare ad esso una forza diretta verso l'alto (Fig. 288, a). La pressione atmosferica spingerà l'acqua nel tubo seguendo il pistone; Ora la colonna d'acqua toccherà il pistone, premendo contro di esso con meno forza, cioè esercitando su di esso una pressione minore di prima. Di conseguenza, la contropressione del pistone sull'acqua nel tubo sarà inferiore. La pressione atmosferica che agisce sulla superficie dell'acqua nella tazza sarà bilanciata dalla pressione del pistone sommata alla pressione creata dalla colonna d'acqua nel tubo.

Nella fig. 288, b mostra un grafico della pressione in una colonna d'acqua ascendente in un tubo. Se alziamo il pistone ad un'altezza maggiore, anche l'acqua salirà, seguendo il pistone, e la colonna d'acqua diventerà più alta. La pressione causata dal peso del pilastro aumenterà; di conseguenza la pressione del pistone all'estremità superiore della colonna diminuirà, poiché entrambe queste pressioni devono ancora sommarsi alla pressione atmosferica. Ora l'acqua verrà premuta contro il pistone con una forza ancora minore. Per mantenere il pistone in posizione, dovrai ora applicare più forza: quando il pistone viene sollevato, la pressione dell'acqua sulla superficie inferiore del pistone bilancerà in misura minore la pressione atmosferica sulla sua superficie superiore.

Cosa succede se, prendendo un tubo di lunghezza sufficiente, si alza il pistone sempre più in alto? La pressione dell'acqua sul pistone diminuirà sempre di più; Alla fine, la pressione dell'acqua sul pistone e la pressione del pistone sull'acqua andranno a zero. A questa altezza della colonna la pressione causata dal peso dell'acqua nel tubo sarà pari alla pressione atmosferica. Dal calcolo che presenteremo nel paragrafo successivo risulta che l'altezza della colonna d'acqua dovrebbe essere pari a 10,332 m (a pressione atmosferica normale). Con l'ulteriore innalzamento del pistone, il livello della colonna d'acqua non aumenterà più, poiché la pressione esterna non è in grado di bilanciare la colonna più alta: rimarrà spazio vuoto tra l'acqua e la superficie inferiore del pistone (Fig. 289, a ).

Riso. 289. a) Lo stesso della Fig. 288, ma quando il pistone viene sollevato oltre l'altezza massima (10,33 m). b) Grafico della pressione per questa posizione del pistone. c) In realtà, la colonna d'acqua non raggiunge la sua massima altezza, poiché il vapore acqueo sì temperatura ambiente pressione circa 20 mm Hg. Arte. e di conseguenza abbassa il livello superiore della colonna. Pertanto, il grafico vero ha una parte superiore tagliata. Per chiarezza, la pressione del vapore acqueo è esagerata

In realtà questo spazio non sarà del tutto vuoto: si riempirà dell'aria liberata dall'acqua, nella quale c'è sempre un po' di aria disciolta; inoltre, in questo spazio sarà presente vapore acqueo. Pertanto, la pressione nello spazio tra il pistone e la colonna d'acqua non sarà esattamente zero e questa pressione ridurrà leggermente l'altezza della colonna (Fig. 289, c).

L'esperimento descritto è molto macchinoso a causa dell'elevata altezza della colonna d'acqua. Se questo esperimento venisse ripetuto, sostituendo l'acqua con il mercurio, l'altezza della colonna sarebbe molto minore. Tuttavia, invece di un tubo con pistone, è molto più conveniente utilizzare il dispositivo descritto nel paragrafo successivo.

173.1. A quale altezza massima la pompa di aspirazione può sollevare il mercurio nel tubo se la pressione atmosferica è ?