Para poder comprender el funcionamiento de la prensa hidráulica debemos conocer ciertos términos.
La mecánica de fluidos, es la parte de la física que se ocupa del estudio del comprotamiento de los fluidos tanto en reposo como en movimiento. el estudio de los fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la Estática de fluidos (o hidrostática), que se ocupa de los fluidos en reposo; y la hidrodinámica que se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad.
Ley fundamental de la hidrostática
Supongamos que se tiene en una mesa un recipiente cilíndrico que contiene agua y un bloque solido.
La presión que ejerce el bloque sobre la mesa sera igual al peso del bloque dividido por su área de contacto.
de igual forma la presión que ejerce el liquido contra el fondo del mismo sera el peso del liquido dividido por el área del fondo del recipiente.
La presión de un liquido en reposo depende solo de la densidad y de la profundidad del liquido, no de la forma del recipiente ni del tamaño del fondo.
A cierta profundidad h, el agua ejerce la misma presión contra cualquier superficie, sobre el fondo o sobre los costados del recipiente e incluso sobre la superficie de un objeto sumergido en el liquido a esa profundidad. Por lo tanto, la característica fundamental de cualquier fluido en reposo es que la fuerza ejercida sobre cualquier superficie es la misma en todas direcciones, estas propiedades se resumen lo que se conoce como
Principio de Pascal:
"La presión aplicada a un liquido encerrado dentro de una recipiente se transmite por igual a todos lo puntos del fluido y a las propias paredes del mismo".
Aplicación del Principio de Pascal en la prensa hidráulica
Una aplicación del principio de Pascal es la denominada prensa hidráulica. cuando se aplica una fuerza F1 al embolo mas pequeño, la presión en el liquido (agua o aceite) aumente el F1/A1, la cual se transmite en todas direcciones. Al llegar al embolo mas grande, transmite al mismo una fuerza F2 que sera igual al incremento de presión por el área A2:
donde:
A1= área embolo menor
A2= área embolo mayor
F1= fuerza ejercida en el embolo menor
F2= fuerza ejercida en el embolo mayor
P1= presión en el embolo menor
P2= presión ene el embolo mayor
Si A2 es mucho mayor que A1, puede utilizarse una fuerza pequeña F1, para ejercer otra mayor F2, que permita levantar un peso considerable situado sobre el embolo grande, por ejemplo si la sección A2 es veinte veces mayor que la A1, la fuerza F1 aplicada sobre el embolo pequeño, se ve multiplicada por veinte en el embolo grande.
La prensa hidráulica es un dispositivo que tiene varias aplicaciones técnicas. Este tipo de maquina esta presente en diversos dispositivos, tales como, los gatos hidráulicos, las grúas, los frenos de los coches. elevadores hidráulicos o en las herramientas de excarcelación.
Ejemplo
Un elevador hidráulico, tiene un embolo mayor con un radio de 500 cm. y el menor de 20 cm.
¿Que fuerza hay que aplicar al embolo menor para levantar una masa de 1000 kg.?
RA=500cm =5m
RB=20cm =o.2m
masa= 1000kg
g= 9.8 m/s2
Superficie del embolo mayor:
SA=(π)(RA)2 =(π)(5m)2 =78.5m2
Superficie del embolo menor:
SB=(π)(RB)2 =(π)(o.2m)2 =0.126m2
Fuerza en el embolo mayor:
FA=(m)(g) =(1000kg)(9.8m/s2) =9800N
Fuerza en el embolo menor:
PS=PB
FA/SA=FB/SB
FB=(FA/SA)(SB)
FB=(9800N/78.5m2)(0.126m2) =15.7N
Con una fuerza de poco mas de kilo y medio se pude levantar una tonelada bajo estas condiciones.
Datos e imagenes extraídos del libro "Hidráulica para Bomberos" de Juan Miguel Suay Belenguer.
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