Saltar la tapa de la alcantarilla - ¿POR QUÉ?

Question

Intro: Hace unas horas, hubo una tormenta. Oímos unos golpes constantes que no se podían explicar por los truenos. Luego descubrimos que era una tapa de alcantarilla que saltaba. Tal vez sea normal en otras partes del mundo, pero para mí fue como la primera vez en mi vida.

He capturado el video .

La pregunta es lo que estaba causando que esto ocurriera. Está claro que la presión del aire era tan fuerte que era capaz de levantar esta tapa de metal. ¿Pero dónde apareció esta presión de aire?

• ¿Viento soplando en la alcantarilla? Si es así, ¿sería tan fuerte para levantar la tapa? ¿Y no deberían ser las alcantarillas protegidas contra el viento de alguna manera?
• ¿El agua llenando la alcantarilla tan rápidamente, que hizo que la presión del aire fuera tan fuerte? ¿Sería esta la forma más fácil de que el aire salga de la alcantarilla?
• ¿Algo más (como una alcantarilla aburrida trabajada :) )?

Answer 1

Este fenómeno ha sido bien investigado. Si la tubería subterránea está casi llena de agua que fluye rápidamente, las olas en la tubería harán que ésta se llene completamente en algunos lugares. Las olas son irregulares y el aire entre las crestas de las olas se comprime; cuando pasa por el acceso de la boca de inspección, el aire se ventila. 1000Pa es en realidad una cantidad muy pequeña de presión - alrededor del 0,5% de lo que hay en un neumático de coche, y puede ser fácilmente creada por funciones de onda irregulares en una tubería.

Aumente un poco la presión y hasta las grandes tapas de alcantarilla pueden salir disparadas de su alojamiento y convertirse en un proyectil espectacularmente peligroso. En las zonas en las que este fenómeno es probable, encontrará las tapas atornilladas. No cerradas con llave, sólo con unos pernos grandes fáciles de quitar para mantenerlas donde deben estar.

Answer 2

Votaré por

¿El agua llenando la alcantarilla tan rápidamente, que hizo que la presión del aire fuera tan fuerte? ¿Sería esta la forma más fácil de que el aire saliera de la alcantarilla?

En los dos vídeos que enlazó John Rennie es evidente que el aire sale a presión aireando el agua que está alta alrededor de la arqueta. En su vídeo no se ve suficiente agua alrededor de la arqueta.

Las arquetas suelen estar sobre pozos en los que se unen varias líneas de alcantarillado para bajar por una línea de salida común. Con una tormenta lo suficientemente severa todas las vías de entrada al pozo pueden estar llenas, por lo que actúan como pistones, empujando el aire por delante elevando su presión y parte de ella es suficiente para levantar la tapa, liberar un poco de presión y volver a levantarla. Si la tormenta fue lo suficientemente severa como para llenar el pozo, la tapa se habría levantado por el agua. Esto muestra la presión del agua, dependiendo del diseño,

Answer 3

Las respuestas en los comentarios pueden ser posibles, pero poco probables. El aire podría escapar por otros lugares, como las alcantarillas. Me parece más probable que la tapa no sea empujada hacia arriba por la alta presión que hay debajo, sino por la baja presión que hay encima del agujero. Tiene que ver con algo llamado Principio de Bernoulli .

Puedes leer el artículo para hacerte una idea completa de la física que hay detrás de esto, pero la idea básica es que un fluido en movimiento tiene una presión menor que la de un fluido con las mismas propiedades y condiciones, salvo que esté en reposo. Utilizamos el principio de Bernoulli todo el tiempo en la vida cotidiana sin pensar en cómo funciona. Por ejemplo, el ala de un avión está diseñada con una forma específica para que el aire que se mueve por encima de ella se mueva más rápido que el aire que está por debajo, provocando una diferencia de presión que crea la sustentación en las alas.

Pensando en ello, tiene sentido que, durante una tormenta, el viento que sopla sobre la parte superior de una tapa de alcantarilla pueda provocar una zona de baja presión, mientras que el aire que está debajo de la tapa seguiría teniendo una presión normal. Con vientos suficientemente rápidos, se podría crear fácilmente una diferencia de presión suficiente para levantar la tapa, haciéndola "saltar". Por supuesto, en cuanto se levanta la tapa, el aire sale a toda prisa y la presión se iguala, por lo que la tapa vuelve a bajar.

Answer 4

La tapa de alcantarilla que salta causada por el principio de Bernoulli suena bastante razonable a primera vista. Sin embargo, he visto algunas tormentas en mi vida, pero ninguna tapa de alcantarilla que salte, que yo recuerde. Además, me he dado cuenta de que en el vídeo los saltos no coinciden con las ráfagas de viento (observe ese pequeño árbol).

En ausencia de trabajadores de la alcantarilla, la tapa parece levantarse exclusivamente por la presión del aire. Una tapa de alcantarilla típica es bastante pesada (50 kg), y esta tapa en particular parece tener unos 80 cm de diámetro. Para levantar una tapa de este tipo se necesitaría al menos $\Delta{p}=995$ Pa de diferencia de presión entre el nivel de la acera y la alcantarilla. Para hacer saltar la tapa, se necesitaría una diferencia de presión mucho mayor. La forma más sencilla de la ecuación de Bernoulli afirma que la velocidad del viento por encima del pozo es proporcional a la raíz cuadrada de la diferencia de presión, $$v^2=\frac{2 \Delta{p}}{\rho_{air}}$$ Al ser la densidad del aire $1.2 kg/m^3$ esto da $v\approx 41 m/s$ . La tormenta en el video no se asemeja realmente a un terrible huracán, por lo tanto sospecharía que el salto es causado por la presión de aire producida dentro del sistema de alcantarillado. Probablemente una bomba de aguas residuales está causando todo el ruido. Aunque esto sólo sería el caso, si la bomba fuera realmente potente y las tuberías estuvieran obstruidas. Si las tuberías estuvieran limpias, el exceso de aire saldría normalmente por ellas y no molestaría en levantar la tapa de la alcantarilla. Y la combinación de bomba de aguas residuales y tuberías demasiado estrechas por su diseño probablemente provocaría una inundación cada vez que hubiera una lluvia decente.

Answer 5

Bueno, esto sucede principalmente debido a dos factores

1. La diferencia de presión en el interior del desagüe y en el exterior. hay una alta presión en el interior del desagüe que se equilibra al levantar la tapa.

2. El aumento excesivo del nivel de agua en el desagüe. Estos dos factores hacen que el agua salga a borbotones después de que salga el aire de los huecos.

3. Esto también puede ocurrir debido a la diferencia de temperatura.