Aparatos para la enseñanza de las leyes físicas del siglo XIX

LOZANO Y PONCE DE LEÓN, EDUARDO: Elementos de Física.

Laboratorio de Física I.E.S. Ibáñez Martín

BOMBA MIXTA  (ASPIRANTE-IMPELENTE)

COLECCIÓN

Mecánica de fluidos

DESCRIPCIÓN

Su función es elevar líquidos. Todas constan de un cilindro hueco, denominado cuerpo de bomba, que es recorrido con frotamiento suave por un émbolo o pistón, existiendo tubos para la salida o entrada de líquido con sus válvulas correspondientes. La bomba mixta lleva un tubo de aspiración, que comunica el depósito de líquido con el cuerpo de bomba y un émbolo macizo. Consta también de dos válvulas, una en la base del cuerpo de bomba, comunicándolo con el tubo de aspiración y otra lateral en la pared en el punto donde arranca el tubo de elevación. Si partimos del émbolo situado en la posición más baja, al levantarlo sube el agua por el tubo de aspiración y saliendo por el tubo lateral. Al igual que en la bomba aspirante, como lo que hace que el líquido suba es la presión atmosférica, no es posible elevar el agua más de 10 m, columna que equilibra la presión de la atmósfera.

FUNCIONAMIENTO GANOT

La bomba aspirante-impelente eleva el agua por aspiración y por presión a la vez; difiere muy poco de la anterior, siendo su principal diferencia la de ser macizo su émbolo. En la base del cuerpo de bomba, sobre el orificio del tubo aspirador, existe la válvula S (fig. 133) que se abre de abajo hacia arriba. Otra válvula O, que se abre en el mismo sentido, cierra la abertura de un tubo acodillado que, partiendo del orificio o, practicado cerca de la válvula S, va a terminar, debajo del platillo a, en un receptáculo M, que es el depósito de aire. Por último, de este depósito parte un tubo de ascensión D, que eleva el agua a una altura más o menos considerable.      A cada ascensión del émbolo B, sube el agua por el tubo A y penetra en el cuerpo de bomba. Al bajar aquél se cierra la válvula S, y el agua comprimida levanta la válvula O para pasar al depósito M, y de aquí al tubo D, en el cual no tiene más límite la altura que la fuerza del motor que actúa sobre la bomba.      Si fuese el tubo D la prolongación del de comunicación Jao, sería intermitente la salida verificándose al bajar el émbolo y cesando al subir. Pero entre estos dos tubos hay una solución de continuidad, la cual, por medio del aire encerrado en M, facilita la salida continua. En efecto, repelida el agua al depósito M, se divide en dos partes, una de las cuales, al elevarse en el tubo D, comprime al líquido del depósito, y la otra, en virtud de esta presión, asciende en el mismo encima del orificio inferior del tubo D, comprimiendo al aire que tiene encima. De consiguiente, cuando sube el pistón y no actúa ya para repeler el agua, el aire del depósito, por el exceso de presión que ha recibido, reacciona sobre el líquido y se eleva en el tubo D, hasta que baja de nuevo el émbolo, de suerte que no existe intermitencia en la salida.

EXPERIENCIA DE TORRICELLI

Galileo, al llamar la atención sobre el hecho, que le señala el maestro fontanero de Florencia, de que no es posible elevar por atracción el agua a más de 18 brazas (unos 10 metros), añadía que indudablemente ocurriría lo propio con otros líquidos, como el mercurio, el vino, el aceite, etc., que debían cesar de subir en el tubo de una bomba a una altura mayor o menor de 18 brazas, en proporción inversa de su masa específica, midiendo siempre tales alturas según la vertical. Torricelli calculó que con el mercurio la columna líquida debía ser de altura inferior a 80 cm. Tomó para comprobarlo, un tubo de vidrio AB de esa longitud (fig. 248), cerrado por el extremo A y abierto por B. Se invierte este tubo, lleno de mercurio y tapado con el dedo, y se le introduce en una cubeta de mercurio. En cuanto se aparta el dedo obturador, se ve al mercurio abandonar el vértice A del tubo, y la columna líquida, después de algunas oscilaciones, se queda fijo a unos 76 cm medidos verticalmente por encima del nivel de mercurio de la cubeta.  En AC existe un espacio vacío de toda materia. El experimento de Torricelli permite, pues, crear el vacío en un espacio dado, y además, conforme, advirtiera antes que nadie su autor, demuestra la existencia de la presión atmosférica y da su valor.

INTERPRETACIÓN DE ESTE EXPERIMENTO

Considérese, en efecto, en la masa fluida en equilibrio, dos superficies iguales Si y So (fig. 248), ambas cortadas en el plano horizontal (superficie a nivel) que coincide con la superficie libre del mercurio en la cubeta, y una de ellas, Si, tomada en el interior del tubo, considerándose exterior la otra, Se. Los empujes verticales ejercidos de arriba abajo contra esas superficies son iguales, puesto que se ha cortado esas superficies de una superficie nivelada. El empuje p ejercido contra Se se debe a la presión atmosférica, y se le puede considerar como el peso de una columna cilíndrica de aire con Se por base y que tenga por altura el grueso de la capa de aire que rodea la Tierra. El empuje f ejercido sobre Si es el peso de una columna de mercurio con Si por base y que tenga como altura H la distancia vertical entre C y Si, es decir, unos 76 cm. En resumen, puede considerarse el experimento de Torricelli como el equilibrio realizado en un sistema de vasos comunicantes entre el aire y el mercurio: p=f; de modo que, siendo ώ el peso específico del mercurio, se tiene: f=SiH. ώ=SiHμg. Si hemos llamado p al empuje y P a la presión se tiene p=f=SiHμg, y P=p/Si=Hμg. Como H=76 cm, μ=13,6 gr/cm3 y g=981 cm2/seg, se tiene: p=73·13,6·981((gr·cm3)/seg)(1/cm2)=1033·981 dinas/cm2. Se ve que suministrándola el peso de una columna de mercurio de 76 cm de altura, esa presión vería, para la misma altura de mercurio, con el lugar en que se eleva esa columna de mercurio. La influencia del lugar está perfectamente demostrada por la presencia del factor g. Expresada en peso, esa presión es igual, en un lugar en que g=981 cm2/seg, de 1033 gramos-peso por centímetro cuadrado.
APLICACIONES Bombas centrífugas, de chorro...
BIBLIOGRAFÍA

FELIU Y PÉREZ, BARTOLOMÉ: Curso elemental de Física experimental y aplicada y nociones de Química Inorgánica. 6º ed. Imprenta de Jaime Jepus, Barcelona, 1886.            

LOZANO Y PONCE DE LEÓN, EDUARDO: Elementos de Física. Duodécima edición. Establecimiento tipográfico de Jaime Ratés, Madrid, 1918.

DELGADO, Mª ÁNGELES, LÓPEZ, J. DAMIÁN Y OTROS: La recuperación del material científico de los gabinetes y laboratorios de Física y de Química de los institutos y su aplicación a la práctica docente en secundaria, en XXI Encuentros de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Servicio editorial UPV, 2004, pp.361-380.

GANOT, ADOLPHE: Tratado elemental de física experimental y aplicada y de meteorología. 2º edición. París 1871.                                                              TURPAIN, ALBERTO: Tratado teórico-práctico de física. Casa editorial Araluce. Barcelona 1931

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