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¿Qué significa 1714 en hidráulica?

Después de leer esta respuesta: http://www.answers.com/Q/What_does_1714_mean_in_hydraulics, aún no tengo una buena idea de lo que representa 1714. De hecho, en las ecuaciones con las que estaba trabajando vi una constante 0.0005834 y me acabo de dar cuenta de que es otra forma de decir 1/1714.

Entonces, ¿qué es este mágico 1714, qué representa, por qué es necesario?

En resumen, estoy buscando "1714 representa..." en inglés sencillo que un estudiante de noveno grado pueda entender, y a la vez sea correcto y fiel a su propósito y lugar en la vida para satisfacer a un ingeniero hidráulico experimentado.

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barry Puntos 131

Es solo un artefacto de usar diferentes unidades para los mismos tipos de cantidades en la misma ecuación.

Supongamos que tenemos una bomba ideal que ejerce una fuerza $F$ sobre un fluido para que se mueva a una velocidad constante $v$. La potencia requerida para hacer esto es $$ P = Fv. $$ Dado que la presión $p$ es fuerza por unidad de área, entonces un flujo con área transversal $A$ tiene $F = Ap$. Al mismo tiempo, la tasa de flujo volumétrico es $q = Av$, por lo que $v = q/A$. Así que tenemos $$ P = pq.

Esta fórmula es correcta sin modificación, pero por supuesto debes ser consistente al insertar cantidades dimensionales. Las unidades involucradas son \begin{align} P & \sim \mathrm{(masa)} \cdot \mathrm{(longitud)}^2 \cdot \mathrm{(tiempo)}^{-3} \\ p & \sim \mathrm{(masa)} \cdot \mathrm{(longitud)}^{-1} \cdot \mathrm{(tiempo)}^{-2} \\ q & \sim \mathrm{(longitud)}^3 \cdot \mathrm{(tiempo)}^{-1} \end{align} Si eliges una sola unidad base para masa, longitud y tiempo, y mides $P$, $p$ y $q$ de acuerdo con los productos anteriores de esas unidades base sin factores adicionales, entonces no habrá $1714$. Este es el caso, por ejemplo, en unidades del SI, donde $P$ se mide en vatios, $p$ en pascales, y $q$ en metros cúbicos por segundo.

Desafortunadamente, los ingenieros hidráulicos alguna vez usaron (¿aún usan? aparentemente?) unidades variadas. En este caso podemos escribir $$ \frac{P}{1\ \mathrm{caballo\ de\ fuerza}} = k \left(\frac{p}{1\ \mathrm{lb./plg.^2}}\right) \left(\frac{q}{1\ \mathrm{gal./min.}}\right), $$ donde $$ k = \frac{(1\ \mathrm{lb./plg.^2})(1\ \mathrm{gal./min.})}{1\ \mathrm{caballo\ de\ fuerza}}. $$

Ahora \begin{align} 1\ \mathrm{caballo\ de\ fuerza} & \approx 745.7\ \mathrm{W} = 745.7\ \mathrm{kg\,m^2/s^3}, \\ 1\ \mathrm{lb./plg.^2} & \approx \frac{4.448\ \mathrm{N}}{(2.54\times10^{-2}\ \mathrm{m})^2} \approx 6.895\times10^3\ \mathrm{kg/m\,s^2}, \text{ y} \\ 1\ \mathrm{gal./min.} & \approx \frac{3.785\ \mathrm{m^3}}{60\ \mathrm{s}} \approx 6.309\times10^{-5}\ \mathrm{m^3/s}, \\ \end{align} entonces $$ k \approx \frac{(6.895\times10^3\ \mathrm{kg/m\,s^2})(6.309\times10^{-5}\ \mathrm{m^3/s})}{745.7\ \mathrm{kg\,m^2/s^3}} \approx 5.834\times10^{-4} \approx \frac{1}{1714}. $$ Es decir, nuestra ecuación $P = pq$ es equivalente a "potencia en caballos de fuerza dividida por presión en libras por pulgada cuadrada y tasa de flujo en galones por minuto es 1/1714".

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Pregunta: Estoy leyendo y releyendo las respuestas, pero algo aún me desconcierta que aún no puedo expresar con palabras, y tal vez ya esté en la respuesta, pero -- si tenemos P = pq todo en unidades del SI, donde no hay necesidad de k, y luego colocamos paréntesis alrededor de cada P, p y q, y los convertimos individualmente a unidades en inglés/no del SI, entonces tal conversión será equivalente, y la ecuación seguirá sosteniéndose (debería), en cuyo caso no necesitaremos el factor k, ¿verdad? ¿Dónde va k en ese caso? oh .. ¿O es el caso que la Potencia en SI tiene unidades diferentes a la de no-SI?

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Creo que podría estar entendiendo... para dar un ejemplo muy rudimentario (no basado en la realidad) en el SI la potencia se mide usando masa/longitud/tiempo pero en el no SI alguien decidió usar solo masa/longitud, entonces para ajustar la falta o adición de cantidades físicas en los lados de la ecuación se introdujo el factor k.

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@Dennis El problema es que $1\ \mathrm{HP}$ no es la misma magnitud que $(1\ \mathrm{psi})(1\ \mathrm{gpm})$, aunque ambas tengan dimensiones de $\mathrm{(masa)(longitud)^2/(tiempo)^3}$. Podrías usar unidades imperiales de manera que $k = 1$; una forma de hacerlo es medir la presión en psi, la tasa de flujo en pulgadas cúbicas por segundo, y la potencia en pulgadas-libra por segundo.

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Floris Puntos 54054

1 caballo de fuerza = 33000 libras-pie por minuto (por definición)

1 galón estadounidense = 231 pulgadas cúbicas (por definición)

1 psi = 1 libra por pulgada cuadrada (por definición)

En la ecuación

$$HP = k \Delta P F$$

donde $F$ = tasa de flujo en galones por minuto, $\Delta P$ es la diferencia de presión en psi, y $HP$ es la potencia en HP, se necesita un factor de conversión. Haciendo todo en pulgadas:

$$\frac{HP}{33000*12 *libras-pie/min} = k\frac{\Delta P}{libras/pulg^2}\frac{flujo}{231 pulg^3/min}$$

de lo cual se sigue que

$$k = \frac{231}{33000*12}\approx\frac{1}{1714}$$

En otras palabras, "en un inglés sencillo que un estudiante de noveno grado pueda entender, y aún así sea correcto y fiel a su propósito y lugar en la vida para satisfacer a los físicos experimentados":

1714 representa el factor de escala numérico necesario para obtener la potencia de la bomba en HP dada la presión en unidades de psi y la tasa de flujo en galones por minuto. No es un número exacto, solo aproximado."


Nota - Tuve que taparme un poco la nariz mientras escribía esta respuesta, ya que trabajar con unidades no pertenecientes al SI no es natural para mí. Pero creo que es una pregunta justa - y la NASA envió un hombre a la luna con este sistema de unidades. Ninguna operación basada en el SI envió a un hombre a la luna. ¡Así que aquí está para ti, NASA!

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Los ordenadores de Apollo utilizaban SI internamente, en realidad.

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@FélixSaparelli Estaba pensando en este informe - el registro del vuelo del Apolo 11; está escrito en unidades imperiales estadounidenses. En la mente de las personas inteligentes que realizaban el trabajo, estas eran las unidades utilizadas. No puedo comentar sobre las "computadoras" a bordo de la nave espacial.

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Wow very nice.. so the "exact" value of "1714" by definition is actually 1714 y 2/7. Aside from that, my confusion was mostly due to that when doing things in general, like converting liters into gallons, or cubic meters into cubic inches, there is no need for a factor. But in this case there is a need for a factor. That I have had a hard time understanding. ¡Vaya, muy bonito! Entonces, el valor "exacto" de "1714" por definición es en realidad 1714 y 2/7. Además de eso, mi confusión se debió principalmente a que al hacer cosas en general, como convertir litros en galones, o metros cúbicos en pulgadas cúbicas, no se necesita un factor. Pero en este caso sí se requiere un factor. Eso me ha costado entender.

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accipehoc Puntos 8

Entonces, ¿qué es este mágico 1714, qué representa, por qué es necesario?

Algunas personas utilizan unidades arcaicas. Eso es todo lo que significa.

Suponga que mide la presión en pascales, o newtons por metro cuadrado, la tasa de flujo en metros cúbicos por segundo y la potencia en vatios. Con estas unidades, potencia = presión * tasa de flujo. No hay factor de escala.

Algo similar ocurre con la segunda ley de Newton. Lo sensato es expresar la fuerza en newtons, la masa en kilogramos y la aceleración en metros/segundo2. Esto resulta en la forma muy agradable de la segunda ley de Newton, $F=ma$. Aquellos que insisten en utilizar unidades convencionales, con la fuerza en libras fuerza, la masa en libras masa y la aceleración en pies/segundo2 tienen que lidiar con la menos atractiva $F=kma$, donde $k=1/32.174049$. Ese 1/32.174049 es simplemente una consecuencia de usar unidades inconsistentes. Lo mismo se aplica a tu mágico 1714.

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Sistemas arcaicos causando confusión nuevamente. Eso es prácticamente todo lo que hay que decir al respecto.

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