Ciencias de la Ingeniería

Pandilla Petit, (preescolar y 1ro. y 2do. año de primaria)

PP-EN-142 Fuente de Herón

Asesor: Diana Laura Hernández

Equipo [Rodrigo Monterrubio Ruiz ] Rodrigo Monterrubio Ruiz [Jaguar ],

Resumen

La fuente de Herón es una máquina hidráulica que funciona por medio incrementar la presión de aire en el interior de un depósito hermético.Así como la energía potencial gravitatoria del agua que cae desde la pileta al recipiente inferior, es transferida mediante la presión neumática (sólo se mueve aire hacia arriba en esta etapa) y de esta forma se empuja el agua en el recipiente superior por encima de la pileta.

https://www.youtube.com/watch?v=yWG5N1_HW2Q

Pregunta de Investigación

¿Cómo se hace para que suba el agua sin energía eléctrica ?

Planteamiento del Problema

Que las características de alguno de los elementos de la fuente de heròn no sea el apropiado para su funcionamiento.

Antecedentes

La fuente de Herón es una máquina hidráulica inventada por el físico Herón de Alejandría. Herón de Alejandría fue un ingeniero y matemático helenístico que destacó en Alejandría (en la provincia romana de Egipto); ejerció de ingeniero en su ciudad natal, Alejandría. Este griego es considerado uno de los científicos e inventores más grandes de la antigüedad y su trabajo es representativo de la tradición científica helenista.

Su mayor logro fue la invención de la primera máquina de vapor, conocida como eolípila. Describió, aunque de forma arcaica, la ley de acción y reacción de Isaac Newton, experimentando con vapor de agua. Generalizó el principio de la palanca de Arquímedes. Además, realizó una descripción detallada del hýdraulis de Ctesibio (un órgano que funcionaba con agua). Herón estudió la presión del aire y del vapor, definió las bases del primer motor de vapor y construyó artefactos que impulsan chorros de agua. Uno de ellos es conocido como la Fuente de Herón. Aún hoy se emplean numerosas versiones de la fuente de Herón en clases de física, como demostraciones de los principios de hidráulica y neumática.

Objetivo

Observar como es la presión hidrostática del agua y el recorrido que realiza el agua sobre 3 tubos que conectan a 3 botellas, dando un recorrido circular (similar al ciclo del agua) y si este recorrido llega o no a finalizar. Explicar detalladamente el Teorema de Bernoulli.

Justificación

Yo realice este experimento porque en física, el estudio de la presión en un líquido es muy importante para emplearlo en situaciones donde lo que se mide es el recorrido o la fuerza que lleva el agua. Además de que nos interesa mucho conocer sobre el movimiento que hace un fluido en un conducto. La fuente de heron tiene la ventaja de que puede reemplazar a las fuentes normales, ya que estas necesitan de energía eléctrica para que puedan funcionar y gastan mucha energía que podría ser útil en otras cosas. Con la fuente de herón, no es necesario usar electricidad y aparte de que es un experimento ecológico. Podría decorarse y queda listo para usarla como una

Hipótesis

El peso del agua empuja el aire del primer depósito , este aire empuja el aire del segundo depósito.

Método (materiales y procedimiento)

El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un flujo laminar moviéndose a lo largo de una corriente de agua. Fue expuesto por Daniel Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) y expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes: Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

Galería Método

Resultados

La energía potencial gravitatoria del agua que cae desde la pileta al recipiente inferior, es transferida mediante la presión neumática (sólo se mueve aire hacia arriba en esta etapa) y de esta forma se empuja el agua en el recipiente superior por encima de la pileta.

La altura que alcanza el chorro que brota de la fuente (tomada desde la superficie del agua de la pileta abierta) puede ascender tan alto como la diferencia de alturas en los niveles de agua de ambos recipientes herméticos. Para maximizar el efecto, debe colocarse el recipiente superior todo lo que se pueda por encima del recipiente inferior, independientemente de donde esté la pileta abierta.

Tan pronto como el nivel de agua descienda por debajo del tubo, la fuente se detendrá. Para conseguir que la fuente funcione de nuevo, habría que vaciar de agua el recipiente inferior (el que suministra el aire), y rellenar de agua el superior y la pileta.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

La presión media o promedio de las presiones es diferente dependiendo las  direcciones en un fluido. Cuando el fluido está en reposo, esta presión media coincide con la presión hidrostática.

La presión hidrostática es la parte de la presión, debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo, la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento, además, puede aparecer una presión hidrodinámica adicional, relacionada con la velocidad del fluido.

Es la presión que sufren los cuerpos sumergidos en un líquido o fluido, por el simple y sencillo hecho de estar dentro de este.

La presión hidrodinámica, es la presión termodinámica dependiente de la dirección considerada alrededor de un punto y dependerá además, del peso del fluido y el estado de movimiento del mismo.

El aire es una mezcla de gases cuya composición es 78 % Nitrógeno 20 % Oxígeno 1 % Hidrógeno y 1%  de una mezcla de Dióxido de carbono y gases nobles (Helio, Neón, Argón), polvo atmosférico y vapor de agua. Su peso específico es de 1.293 Kg/m3.

El experimento se pudo realizar fácilmente ya que las variaciones de temperatura permitia que se adaptara perfectamente a la forma del recipiente que lo contiene. Es incoloro en cantidades menores y de color azulado en grandes volúmenes.

 

Bibliografía

http://altus.mx/metadatos/ALT~LABORATORIO/02/ALT~LABORATORIO~02~0019/introduccin.html#:~:text=La%20Fuente%20de%20Her%C3%B3n%20es,que%20impulsaban%20chorros%20de%20agua.

https://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_de_Her%C3%B3n

http://physics.kenyon.edu/EarlyApparatus/Fluids/Heros_Fountain/Heros_Fountain.html

http://www.acmor.org.mx/cuamweb/reportescongreso/2013/secundaria/ciencias/803-fuente-de-heron.pdf

https://sites.google.com/view/experimentosvirgenvilla/temas/taller-espectacular/fuente-heron

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography