Los fluidos
Un fluido es cualquier cosa que se derrama si no está en un recipiente. Aunque el agua, el aire y el aceite sean tan diferentes, las partículas que los constituyen no mantienen la suficiente atracción entre ellas y cuando se les aplica una fuerza se deslizan y fluyen. Por eso se les llama fluidos.
No obstante, se puede establecer una diferencia clara entre los fluidos:
- Algunos fluidos como el agua, el alcohol y el aceite mantienen un volumen constante a pesar de fluir, se adaptan al recipiente que los contiene y los identificamos como líquidos.
- Otros fluidos tienden a expandirse y ocupar el mayor espacio posible, como le ocurre al aire que respiras o al butano de la bombona. Se trata de gases.
En las gasolineras encontrarás zonas con aparatos para revisar la presión del aire de los neumáticos del coche. Estos mecanismos, al igual que los destornilladores neumáticos que usan en los talleres, son sistemas neumáticos.
En estos casos se realiza un trabajo aprovechando la energía acumulada al aportarle presión a un gas, que suele ser el aire de la atmósfera.
En un sistema neumático es necesario un mecanismo para tomar aire de la atmósfera y aportarle presión, es el llamado compresor. También se requiere un depósito donde almacenar el aire comprimido que hemos generado. Estos aparatos tienen filtros para eliminar la humedad y las partículas de polvo del aire, disponen de un manómetro para controlar la presión del gas y de un lubricador que pulveriza una pequeña cantidad de aceite, a todo esto se le llama unidad de almacenamiento. Puedes ver en estas imágenes los elementos que conforman el sistema de
compresión de aire.
El destornillador neumático: Los circuitos neumáticos
Circuitos neumáticos:
La mayoría de los vehículos disponen de frenos hidráulicos. Los frenos hidráulicos basan su funcionamiento en el Principio de Pascal. El investigador francés Blaise Pascal comprobó que los fluidos ejercen una fuerza sobre todos los puntos de la superficie de los sólidos que están en contacto con ellos.
Cuando trabajamos con fluidos es más importante conocer la presión que ejerce el fluido que la fuerza en sí misma. La presión es una magnitud física que relaciona la fuerza que se ejerce sobre un cuerpo con la superficie sobre la que se reparte esa fuerza. Cuanto mayor sea la fuerza ejercida y menor la superficie sobre la que se reparte, más grande es la presión que se ejerce.
Concepto: En el Siglo XVII Pascal comprobó que una presión externa que se ejerce sobre un líquido cerrado herméticamente en un recipiente se transmite por completo a todos los puntos del líquido. Por lo tanto, la presión que ejerces en la jeringuilla pequeña llega tal cual a la jeringuilla grande y, a la inversa, la que ejerces en la grande llega tal cual a la pequeña (instantáneamente). Pero ¿esto qué tiene que ver con nuestro pulso? Si ninguna jeringuilla se mueve, es que la presión es igual en las dos. Teniendo en cuenta que:
P1 = F1/A1 y P2 = F2/A2
Si P1 = P2, entonces, como A1 (superficie de la jeringuilla 1) es menor que A2 (superficie de la jeringuilla 2), F1 también tendrá que ser menor que F2.
¡La pequeña siempre lo tendrá más fácil para ganar! ya que tendrá que ejercer una fuerza (F) menor para conseguir la misma presión (P) que en la jeringuilla grande.
Pascal enunció esta relación de la siguiente forma (Principio de Pascal):
El funcionamiento del sistema es muy sencillo:
- Al pisar el pedal de freno, la fuerza ejercida por el pie se amplifica con la palanca del pedal y se transmite a un cilindro director que crea una presión en el líquido de frenos.
- Mediante los latiguillos se transmite esta presión a los cilindros que hay en las ruedas.
- Cuando disponemos de frenos de disco, los pistones de estos cilindros ejercen una fuerza en las pastillas de freno que rozan el disco giratorio.
- Cuando disponemos de frenos de tambor, los pistones ejercen una fuerza en las zapatas de freno.
¿Para qué sirve?
El uso de los fluidos (gases y líquidos) a presión no es nuevo, su uso para propulsar artefactos tampoco, ya en 1955 se construyó el primer barco sobre un colchón de aire, lo que conocemos como hovercraft.
El uso de los fluidos a presión en circuitos cerrados si es reciente, se usa en aplicaciones que requieren movimientos lineales y grandes fuerzas.
- Puede aplicarse para transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles tales como: tractores, grúas, retroexcavadoras, camiones recolectores de basura, etc.
- En la industria es muy útil para controlar, impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción: maquinaria para la industria plástica, máquinas herramientas, maquinaria para la elaboración de alimentos, equipamiento para robótica y manipulación automatizada, minería etc.
Otras aplicaciones las tenemos en donde se requieren movimientos muy controlados y de alta precisión, así se tiene: en los automóviles: suspensión, frenos, dirección, refrigeración, etc. aplicación aeronáutica: timones, alerones, trenes de aterrizaje, frenos, simuladores, equipos de mantenimiento aeronáutico, etc. aplicación naval: timón, mecanismos de transmisión, sistemas de mandos, sistemas especializados de embarcaciones o buques militares, medicina: Instrumental quirúrgico, mesas de operaciones, camas de hospital, sillas e instrumental odontológico, etc.
La hidráulica y neumática tienen aplicaciones tan variadas, que pueden ser empleadas incluso en teatro, cine, parques de atracciones, represas, puentes levadizos, plataformas de perforación submarina, ascensores, mesas de levante de automóviles, bomba de la bicicleta, gato del coche...
Ejemplos:
- Calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño. El émbolo pequeño tiene una superficie de un metro cuadrado.El embolo grande tiene una superficie de 2 metros cuadrados se le aplica una fuerza de 1200 Newton.
- Calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño que tiene una superficie de 1 metro cuadrado, para levantar un coche que pesa 1000 kg si el émbolo grande tiene una superficie de 2 metros cuadrados
Ten en cuenta que el peso es la masa por la gravedad así que 1000*9,8= 9800 Newton
F1/S1=F2/S2 F1/1=9800/2 se multiplica en cruz F1=1*9800/2 F1= 4900 Newton
- Calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño que tiene un radio de 0,5 metros , si en el embolo grande que tiene un radio de 1 metro se le aplica una fuerza de 1200 Newton.
Área del círculo= pi por r al cuadrado
Área del émbolo grande 1 al cuadrado por 3,14 = 3,14 metros cuadrados
Área del émbolo pequeño 0,5 al cuadrado por 3,14 = 0,785 metros cuadrados
F1/S1=F2/S2 F1/0,785=1200/3,14 F1=0,785*1200/3,14 F1= 300 Newton
- Se desea elevar un cuerpo de 1000 kg utilizando una elevadora hidráulica de plato grande circular de 50 cm de radio y plato pequeño circular de 8 cm de radio, calcula cuánta fuerza hay que hacer en el émbolo pequeño.
50 cm=0,5 metros 8cm=0,08 metros (Pasamos de centímetros a metros)
Superficie del émbolo grande: 0,5 al cuadrado por pi = 0,785 metros cuadrados
Superficie del émbolo pequeño: 0,08 al cuadrado por pi =0,020096 metros cuadrados
1000 kg lo pasamos a Newton 1000*9,8=9800 Newton
F1/S1=F2/S2 F2=9800*0,020/0,785 F2=249,68 Newton
Frenos Hidráulicos
Prensa Hidráulica
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