Cómo funcionan los chorros de agua

Poco después de su presentación, la pistola de agua ocupó su lugar entre los juguetes de verano más populares de todos los tiempos, y es fácil ver por qué:cuando eres un niño, o un niño de corazón, ¿qué mejor manera de refrescarse en un caliente tarde que librar una épica batalla de agua contra tus amigos y familiares?

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A lo largo de los años, estos juguetes han evolucionado considerablemente. Hace treinta años, un guerrero acuático típico estaba armado solo con una pequeña pistola de agua, que tenía un alcance bastante corto y un depósito de municiones aún más limitado. Actualmente, encontrarás un arsenal completo de armas de agua en la mayoría de las tiendas de juguetes, con ametralladoras de agua, bazucas de agua e incluso lanzagranadas de agua.

En este artículo, descubriremos cómo estos productos básicos de verano producen sus explosiones empapadas. Seguiremos el camino de las pistolas de agua desde las pistolas de agua tradicionales hasta las Uzis de agua motorizadas y, finalmente, hasta las pistolas de agua con acción de bombeo que dominan el mercado actual.

1. La pistola de agua clásica
2. La pistola de agua motorizada
3. El Super Soaker
4. Piezas de Super Soaker

La clásica pistola de agua

Antes de la década de 1980, las pistolas de agua tenían capacidades bastante limitadas. Las pistolas de mano solo podían disparar agua a corta distancia. Disparaban a un chorro estrecho y débil y había que correr a un grifo para volver a llenarlos después de cada tiroteo. Estas pistolas siguen siendo juguetes fantásticos, por supuesto, y son una maravillosa demostración de los principios básicos de plomería.

En una pistola de agua clásica, solo hay algunas piezas básicas:

• Hay una palanca de gatillo , que activa una pequeña bomba .
• Esta bomba está unida a un tubo de plástico que extrae agua del fondo del depósito (en la mayoría de los casos, el depósito es todo el interior de la pistola).
• La bomba fuerza esta agua por un barril estrecho y sale por un pequeño agujero en la boca del arma.
• El orificio o boquilla , enfoca el agua que fluye en una corriente concentrada.

El único elemento complejo en este diseño es la bomba de agua, y es tan simple como parece. El principal elemento móvil es un pistón , alojado dentro de un cilindro . Dentro del cilindro hay un pequeño muelle . Para operar la bomba:

• Aprietas el gatillo hacia atrás, empujando el pistón dentro del cilindro.
• Esto comprime el resorte, lo que hace que empuje el pistón hacia afuera del cilindro cuando suelta el gatillo.

Estas dos carreras del pistón, dentro y fuera del cilindro, constituyen el ciclo completo de la bomba.

El descendente , el pistón empuja hacia adentro, reduce el volumen del cilindro, forzando el agua o el aire fuera de la bomba. La carrera ascendente , el resorte que empuja el pistón hacia afuera, expande el volumen del cilindro, succionando agua o aire hacia la bomba. En una pistola de agua, debe aspirar agua del depósito de abajo y forzarla a salir a través del cañón de arriba. Para que toda el agua se mueva a través del barril, la bomba solo debe forzar el agua hacia arriba; no puede forzar el agua de regreso al depósito. En otras palabras, el agua debe moverse a través de la bomba en una sola dirección.

El dispositivo que hace esto posible se llama válvula unidireccional . La válvula unidireccional de una pistola de agua básica consta de una pequeña bola de goma que descansa perfectamente dentro de un pequeño sello. . Hay dos válvulas unidireccionales:una entre el depósito y la bomba, y otra entre la bomba y la boquilla.

El diseño de esta bomba es hermoso en su simplicidad, pero tiene dos grandes limitaciones:

• La cantidad de agua en cada voladura está limitada por el tamaño del cilindro de la bomba. El tamaño del cilindro de la bomba, a su vez, está determinado por el rango del mecanismo de activación. Para comprimir y expandir más agua, debe empujar y tirar del pistón una distancia mayor, lo que significa tirar del gatillo más hacia atrás.
• La duración de la explosión también es limitado. Cada vez que se jala el gatillo se crea solo una pequeña explosión. Para rociar agua continuamente, debe seguir apretando y soltando el gatillo.

A lo largo de la historia de las pistolas de agua, los diseñadores se han enfrentado a estos problemas para crear un mejor sistema de bombeo. En la siguiente sección, veremos dos diseños simples de pistolas de agua que aumentan el alcance, la presión y la duración del chorro. Luego, veremos el diseño del arma que hizo volar por los aires a todas las demás armas de agua.

La pistola de agua motorizada

En la última sección, vimos que la pistola de agua básica usa un pistón simple, una bomba de cilindro y dos válvulas unidireccionales. Dado que la bomba se activa moviendo el gatillo hacia adelante y hacia atrás, este diseño está bastante limitado en cuanto al tamaño, el rango y la duración de sus ráfagas.

Una solución fácil a este problema es aumentar el tamaño del cilindro de la bomba y el gatillo. Esta es la idea básica detrás de las clásicas bazucas de agua como el que se muestra a continuación. En este diseño, el mecanismo disparador no es realmente un disparador, es más como una jeringa . Esencialmente, sostienes el pistón con una mano y el cilindro con la otra. Para succionar agua del depósito, separe el pistón y el cilindro. Para expulsar el agua, los vuelves a juntar.

Esto le da mucha más agua para trabajar en cada toma. Si empuja el pistón dentro del cilindro con mucha fuerza, puede disparar el agua a una buena distancia. Si lo empuja más lentamente, puede ampliar la duración de la explosión. Algunas bazucas de agua no tienen un depósito de agua adjunto:para cargarlas, debes aspirar agua a través del barril, como si llenaras una jeringa.

Obviamente, este diseño requiere mucho más trabajo por parte del tirador que la pistola de agua convencional, por lo que no es particularmente fácil de usar. La década de 1980 vio la llegada de un nuevo tipo de pistola de agua que hacía casi todo el trabajo por sí misma. Puede ver en el siguiente diagrama que estas pistolas funcionan básicamente de la misma manera que la pistola de agua convencional, excepto que la bomba funciona con un motor pequeño en lugar del gatillo. El gatillo es solo un interruptor que completa un circuito eléctrico para que la batería pueda alimentar el motor. El motor mueve una serie de engranajes, que mueven una pequeña leva . La leva giratoria tiene una palanca extendida que atrapa el pistón, lo jala hacia atrás y luego lo suelta, permitiendo que un resorte lo empuje hacia adelante. De esta manera, el motor mueve el pistón dentro y fuera del cilindro, extrayendo agua del depósito en la carrera ascendente y llevándola hacia abajo en el cilindro en la carrera descendente.

Dado que la bomba se activa mediante un motor giratorio en lugar de un gatillo, el diseño puede tener un tamaño de cilindro ligeramente más grande sin que sea más difícil disparar. Esto amplía un poco el alcance de la explosión. Pero la verdadera ventaja de este diseño es que el tirador no tiene que seguir bombeando el gatillo para disparar agua continuamente. Si mantiene presionado el gatillo, el motor sigue bombeando, emitiendo una serie de ráfagas rápidas, como el fuego continuo de una ametralladora.

Ambos diseños de pistola son un avance sustancial con respecto a la pistola de agua común, pero aún tienen limitaciones significativas. Volar la bazuca requiere un poco de fuerza muscular por parte del tirador, y el chorro de agua del arma motorizada sigue siendo bastante débil. En la siguiente sección, veremos el diseño de la pistola de agua que revolucionó la industria, creando explosiones que alcanzan los 50 pies (15 m) o más.

El súper remojo

Como vimos en las dos últimas secciones, el principal problema de las pistolas de agua convencionales es que no producen un chorro muy potente. Esto se debe a que la presión del agua debe generarse con cada disparo, ya sea por el tirador o por un sistema motorizado. No es factible producir una corriente de alta presión porque significaría aplicar una gran cantidad de fuerza en un corto período de tiempo.

En 1982, un científico nuclear llamado Lonnie Johnson se le ocurrió una solución ingeniosa a este problema. En su tiempo libre, trabajaba en un nuevo sistema de bomba de calor que usaría agua en movimiento para regular la temperatura. Una noche, tarde, colocó un modelo del mecanismo de bombeo en el lavabo del baño y se sobresaltó por la poderosa ráfaga de agua que atravesó la habitación. En ese instante, se le ocurrió la idea de una pistola de agua que utilizaría aire comprimido para proporcionar presión para un chorro de agua.

Para hacer realidad su idea, Johnson contó con la ayuda de un consumado inventor llamado Bruce D'Andrade. . Juntos, D'Andrade y Johnson idearon el diseño básico que se convertiría en el Super Soaker .

Los Super Soakers están construidos alrededor de un mecanismo de bomba, pero mover la bomba en realidad no expulsa el agua de la pistola; sirve para acumular presión de agua antes la explosión. En la primera ola de Super Soakers, acumulaste esta presión bombeando aire directamente a un solo depósito de agua. A medida que bombeabas más aire, se comprimía cada vez más y, por lo tanto, aplicaba una mayor presión al agua del interior.

En modelos posteriores, generabas presión bombeando agua en lugar de aire.

A diferencia de sus predecesores, esta pistola tiene dos depósitos de agua (etiquetados como A y B ), que están conectados entre sí a través de una red de tubos. Para cargar la pistola, llena el depósito más grande (A) con agua. Para preparar la pistola para un disparo, jale la manija de la bomba (C) hacia adentro y hacia afuera varias veces. La manija de la bomba está conectada a un pistón largo y angosto (D), que se mueve hacia adelante y hacia atrás dentro de un cilindro (E). Esta bomba es similar a la de una pistola de agua y se basa en el mismo sistema de válvula unidireccional para controlar la dirección del flujo de agua. La primera válvula (F) se coloca entre el depósito de agua grande y el mecanismo de la bomba, y la segunda válvula (G) se coloca entre la bomba y el depósito de agua más pequeño, que alimenta el cañón de la pistola (H).

En la carrera ascendente del ciclo de la bomba, cuando tira de la manija de la bomba, el pistón que retrocede extrae agua del depósito grande de arriba. La segunda válvula unidireccional (G) evita que el agua fluya hacia arriba desde el depósito más pequeño (B). En la carrera descendente del ciclo de la bomba, cuando empuja la manija de la bomba hacia adentro, el pistón de inmersión expulsa el agua del cilindro, a través de la segunda válvula unidireccional (G) y hacia el depósito pequeño (B). La primera válvula unidireccional (F) evita que el agua presurizada regrese al depósito grande (A).

Pero, ¿qué está logrando todo esto? En la siguiente sección, juntaremos las piezas para ver cómo el Super Soaker crea una explosión tan poderosa.

Piezas de Super Soaker

El propósito del sistema de bombeo en un Super Soaker es comprimir aire . Cada vez que conduces agua del depósito grande al depósito pequeño, empuja todo el aire del interior. El aire es un fluido comprimible (puedes disminuir su volumen apretándolo), pero el agua no lo es. Cuando agrega más y más agua al depósito pequeño, ocupa un volumen cada vez mayor. Dado que hay una cantidad limitada de espacio en el depósito, estos grandes volúmenes de agua comprimen el aire dentro de la pistola para que tenga una presión mucho más alta que el aire fuera de la pistola. Este colchón de aire a alta presión empuja toda el agua del depósito; el agua presiona los costados de la pistola, tratando de salir al exterior para restablecer el equilibrio de presión.

Lo único que mantiene el agua dentro de la pistola es el mecanismo de disparo. El gatillo es simplemente una palanca asegurado a la carcasa del arma. Un trozo rígido de metal unido a la carcasa sostiene la parte superior de esta palanca contra el tubo de plástico flexible que va al cañón del arma, aprisionándolo para que no pueda pasar el agua. Cuando aprietas el gatillo hacia atrás, la pieza de metal se dobla y la palanca libera el tubo de plástico. Con este paso abierto, el aire presurizado puede empujar toda el agua fuera de la pistola, restableciendo un equilibrio de presión con el aire exterior. Si acumula suficiente presión, el agua se expulsa a una velocidad muy alta.

Dado que cada gota de agua comprime aún más el colchón de aire, la fuerza de la explosión depende de la cantidad de agua que bombee en el pequeño depósito. A un nivel de presión lo suficientemente alto, la fuerza hacia afuera del aire comprimido y el agua presurizada podría exceder la integridad estructural de las tuberías de la pistola y causar fugas. Para evitar que esto suceda, el mecanismo de disparo está diseñado para dejar pasar un poco de agua cuando la presión alcanza un cierto nivel. Este "nivel de fuga " está determinada por la fuerza del metal que mantiene presionado el gatillo. Esencialmente, esta pieza de metal es como un resorte ordinario, y su elasticidad está determinada por su composición. Si el metal es más rígido, tomará una mayor agua- nivel de presión para empujarlo fuera del camino. Si tiene una pieza más flexible, la pistola dejará escapar un poco de agua a una presión más baja.

A fines de la década de 1990, apareció una nueva ola de pistolas Super Soaker que presentaban niveles de presión más altos. Estas pistolas, desarrolladas por Bruce D'Andrade, cuentan con el Sistema de presión constante o CPS. El componente principal de este sistema es una simple vejiga de agua . Esta vejiga es como un globo, pero está hecha de un material mucho más rígido. Estas pistolas tienen el mismo tipo de bomba que otras Super Soakers, pero el agua y el aire se introducen en la vejiga de agua en lugar de en un depósito de plástico. A medida que bombeas más agua, la vejiga se expande, de la misma manera que un globo se expande a medida que le insuflas más aire. Cuando se estira, la vejiga quiere volver a su forma natural, por lo que aplica una gran presión hacia el interior del agua. Cuando aprietas el gatillo y abres el paso hacia el cañón de la pistola, esta presión expulsa toda el agua de la pistola. Esto permite chorros de agua mucho más potentes que los que se pueden lograr solo con aire comprimido.

Estos son solo dos tipos de pistolas de agua con bomba. El primer Super Soaker de Lonnie Johnson y Bruce D'Andrade y la adición posterior de la vejiga de agua han lanzado una línea completa de armas de agua. Para obtener munición adicional, algunos diseños se conectan a un enorme depósito de agua que usas como una mochila. Otras armas están configuradas para que puedas disparar hacia adelante, hacia atrás y hacia los lados a la vez. Esto ha alterado drásticamente el mundo de las pistolas de agua. En el pasado, los niños sabían exactamente qué esperar cuando iban a la tienda de juguetes por una nueva pistola de agua. En estos días, los estantes están repletos de una amplia gama de nuevos diseños cada verano. A menos que haya estado en la tienda de juguetes recientemente, no tiene idea de lo que sus vecinos pueden traer a la próxima gran pelea de agua.

Para obtener mucha más información sobre pistolas de agua y temas relacionados, consulte los enlaces en la página siguiente.

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