de Bachillerato tecnológico industrial y de servicios No.
11
Elevadores hidráulicos
Física II
Profesora: Ivonne Vidal Quintanar
Equipo # 10
Integrantes del equipo:
Cerda López Edna Vanessa
Jiménez López Guadalupe Carolina
Jiménez Torres Luz Tamara
Porchas Ibarra Janeth Guadalupe
Ramírez López Ana Patricia
Índice
1……………………………………………………………………………………………………..Portada
2…………………………………………………………………………………………………….Índice
3…………………………………………………………………………………………………...
Introducción
4…………………………………………………………………………………………………Desarrollo
7…………………………………………………………………………………………………Fotos
9…………………………………………………………………Elevador
hidráulico y energía hidráulica
15………………………………………………………………………Principios
de Pascal y Arquímedes
18………………………………………………...……………Fotos
del principio de Pascal y Arquímedes
20…………………………………………………………………………………………………Bibliografía
20………………………………………………………………………………………………..Conclusión
Introducción
El
tema de este proyecto son los elevadores hidráulicos, el objetivo de este tema
es lograr que las personas, los lectores de este documento comprendan mejor el
funcionamiento de los mencionados ya antes, elevadores hidráulicos.
Mencionaremos un poco acerca de los avances de los elevadores hidráulicos con
el paso del tiempo, como han ido evolucionando, como es que funcionan, quienes
lo utilizan, para que lo utilizan entre otras cosas.
Antes
de entrar en materia por así decirlo, debemos de saber: ¿Qué es la hidráulica? La energía
hidráulica es la parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento
de los fluidos o bien la técnica de conducir, contener, elevar y aprovechar las
aguas. Por lo tanto, ahora sabemos que los elevadores hidráulicos, utilizan la
energía hidráulica, lo que quiere decir que utilizan la fuerza de los fluidos. Se denomina energía hidráulica, energía hídrica o hidro energía a aquella que se obtiene del aprovechamiento
de las energías cinética y potencial de la
corriente del agua, saltos de agua o mareas. Es un tipo de energía verde cuando
su impacto ambiental es mínimo y usa la fuerza hídrica sin represarla; en caso
contrario, es considerada solo una forma de energía renovable.
Creemos
que los elevadores hidráulicos son algo muy importante, pues gracias a ellos a
muchas personas se les facilita realizar ya sea su trabajo o labores. Como es
que estos han ido evolucionando, que ahora se utilizan para cosas grandes, como
lo son edificios, industrias, etcétera.
Esperamos que la
información sea de su agrado y le aproveche para un futuro, o no necesariamente
para un futuro, si no, para cualquier
situación de su vida, donde pueda emplear algún conocimiento ya sea sobre la
energía hidráulica o los elevadores hidráulicos.
Como
equipo esperamos que les guste la información que a continuación les
presentaremos, que les sirva para comprender mejor en general los elevadores
hidráulicos y que sea de su agrado. Que disfruten al leerlo, al igual que
nosotros disfrutamos al realizar este arduo trabajo para ustedes.
También
hablaremos acerca de los avances que hicieron algunos científicos físicos en la
antigüedad que sirvieron como apoyo a los físicos de la actualidad para poder descubrir e inventar lo que hoy
tenemos, ya que sin esos principios, formulas, o pequeños descubrimientos que
hicieron ellos, no podríamos tener lo que hoy tenemos, esperemos que disfrute
la lectura, comenzaremos con una breve introducción de lo que es la energía
hidráulica para poder que quede bien clara la definición de ella, ya que es la
energía con la que funcionan los elevadores hidráulicos.
Desarrollo
Energía hidráulica
La hidráulica, del latín hydraulĭcus,
hace referencia a aquello que se
mueve por medio de fluidos. El concepto se utiliza, en general, para
nombrar al arte de contener, conducir y elevar las aguas.
Estas
definiciones nos permiten referirnos a la energía hidráulica, el tipo de energía que se produce por el
movimiento del agua.
También conocida como energía
hídrica, se obtiene a partir del aprovechamiento de la energía cinética
y potencial de las corrientes, las mareas o los saltos de agua.
La
energía hidráulica forma parte de las energías renovables (no se agotan con su uso). Cuando su
explotación se lleva a cabo de manera directa, sin la construcción de represas
o alterar el curso del agua, puede enmarcarse dentro de las energías verdes, ya que su impacto
ambiental en casi nulo.
Ventajas
·
Se trata de una energía renovable de
alto rendimiento energético.
·
Debido al ciclo del agua su disponibilidad
es inagotable.
·
Es una energía limpia puesto que no
produce emisiones tóxicas durante su funcionamiento.
Además, los
embalses que se construyen para generar energía hidráulica:
·
Permiten el almacenamiento de agua
para la realización de actividades recreativas y el abastecimiento de sistemas
de riego.
·
Pueden regular el caudal del río
evitando riesgos de inundación en caso de crecidas inusuales.
Ventajas económicas
La gran ventaja de
la energía hidráulica o hidroeléctrica es la eliminación de combustibles. El
coste de operar una planta hidráulica es casi inmune a la volatilidad de los
precios de los combustibles fósiles como petróleo, el carbón o el gas natural.
Además, no hay necesidad de importar combustibles de otros países.
Las plantas hidráulicas
también tienden a tener vidas económicas más largas que las plantas eléctricas
que utilizan combustibles. Hay plantas hidráulicas que siguen operando después
de 50 a 99 años. Los costos de operación son bajos porque las plantas están
automatizadas y necesitan pocas personas para su operación normal.
Como las plantas hidráulicas no
queman combustibles, no producen directamente dióxido de carbono. Muy poco dióxido de carbono es
producido durante el período de construcción de las plantas, pero es poco,
especialmente en comparación a las emisiones de una planta equivalente que
quema combustibles.
Desventajas
·
La construcción de grandes embalses
puede inundar importantes extensiones de terreno, obviamente en función de la
topografía del terreno aguas arriba de la presa, lo que podría significar
pérdida de tierras fértiles, dependiendo del lugar donde se construyan;
·
En el pasado se han construido
embalses que han inundado pueblos enteros. Con el crecimiento de la conciencia
ambiental, estos hechos son actualmente menos frecuentes, pero aún persisten;
·
Destrucción
de la naturaleza. Presas y embalses pueden ser destructivas a los
ecosistemas acuáticos. Por ejemplo, estudios han mostrado que las presas en las
costas de Norteamérica han reducido las poblaciones de trucha septentrional
común que necesitan migrar a ciertos lugares para reproducirse. Hay bastantes
estudios buscando soluciones a este tipo de problema. Un ejemplo es la
invención de un tipo de escalera para los peces;
·
Cambia los ecosistemas en el río
aguas abajo. El agua que sale de las turbinas no tiene prácticamente sedimento.
Esto puede dar como resultado la erosión de los márgenes de los ríos.
·
Cuando las turbinas se abren y
cierran repetidas veces, el caudal del río se puede modificar drásticamente
causando una dramática alteración en los ecosistemas.
Aplicaciones de la
energía hidráulica:
Los molinos de agua son usados para moler el grano, para aserrar la madera
y la piedra y para irrigar los canales mediante ruedas de acción hidráulica,
aunque esto era más frecuente en siglos pasados.
Moderno molino hidráulico. Fotografía
de Charlotte Na.
Por otra parte, la
fuerza de una ola liberada de un tanque es útil en la minería, pues así es más
fácil extraer los metales.
Futuro de la energía hidráulica:
En 2012, la energía
hidráulica representó el 56 por ciento de la generación de energías renovables,
un índice considerable. Aunque es una fuente de energía cuyas aplicaciones
tienen cierto inconveniente para la naturaleza, no parece ser que su utilidad
para generar energía se vea afectada en un futuro próximo. Es más, la
construcción de presas es cada vez más frecuente en países como China, India y
Brasil pese al disgusto de muchos ecologistas conscientes de las afectaciones
en los ecosistemas.
Productos en los que se
utiliza la energía hidráulica:
Elevadores hidráulicos:
Diseño e
instalación
Este tipo de ascensor es diferente en cuanto a su diseño, pero hace la misma función que un ascensor eléctrico, lo único es que está diseñado para viviendas de pocas alturas, chalets o adosados.
Los elevadores hidráulicos, se distinguen de los otros porque llevan un
pistón que por dentro tiene aceite, y es lo que le propulsa para poder subir.
La máquina que lleva está llena de aceite, y cuando el elevador
hidráulico quiere bajar, la máquina absorbe el aceite que está en ese momento
en el pistón y en ese instante empieza a bajar hacia abajo.
Este tipo de maniobra es recomendable para edificios con pocas alturas,
aunque también se pueden instalar en edificios que tengan más alturas.
El ascensor hidráulico no necesita contrapeso y por lo tanto no necesita
que el hueco del ascensor sea muy grande, por lo que es más fácil de instalar
donde el hueco sea más pequeño.
Este ascensor lleva instaladas dos guías por las que se desplaza la
cabina y se le llama corrientemente ascensor de mochila, porque van las guías
instaladas a un lado del hueco, aunque en algunos van instaladas en los
laterales del ascensor.
Función del pistón
El pistón como se aprecia en la fotografía, se eleva o desciende
dependiendo de la dirección en la que vaya la cabina.
En la punta del pistón lleva una polea por dónde van los cables de tracción.
El pistón está instalado fijo en el hueco y lo que sube y baja es el pistón que
hay en el interior.
En el extremo de la polea tiene una barra que va cogida a las guías, y
que llevan rozaderas instaladas para poder deslizarse por las guías.
La velocidad de desplazamiento del pistón se ajusta mediante una
válvula, para poder decidir a qué velocidad es la óptima para una instalación
determinada.
Máquina hidráulica
La función que tiene la máquina hidráulica es la de aumentar o disminuir
la presión del pistón.
La máquina hidráulica está llena de aceite y cuando sube el ascensor
expulsa el aceite y cuando baja el ascensor absorbe el aceite.
La manguera por dónde va el aceite desde la máquina hidráulica hasta el
pistón no puede ser muy larga ya que puede afectar a su funcionamiento normal.
La máquina hidráulica va conectada al cuadro de maniobra, el cual pone
en funcionamiento el elevador cuando se le pulsa un botón desde el ascensor.
Elevador Hidráulico
Un ascensor o elevador es
un sistema de transporte vertical diseñado
para mover personas u objetos entre diferentes niveles. Puede ser utilizado
para ascender o descender entre los niveles de un edificio o en una
construcción subterránea. Está formado por partes mecánicas, eléctricas y
electrónicas que funcionan conjuntamente para lograr un medio seguro de
movilidad.
Se clasifican en dos
tipos de instalación: El ascensor electromecánico y el ascensor hidráulico, más propiamente llamado
oleodinámico.1 en Valparaíso hay
ascensores muy antiguos (Chile), a veces tienen capacidad máxima.
Los elevadores hidráulicos utilizan
la transmisión de presión a través de un fluido,
generalmente aceite.
La mayor presión producida por un compresor se transmite por el aire
hasta la superficie del aceite
que hay en un depósito
subterráneo. A su vez el aceite trasmite la presión a un pistón que sube
el
automóvil.
La presión del aire es aproximadamente la que tienen los neumáticos.
|
Elevador Hidráulico.
El elevador hidráulico se basa en el principio de que el trabajo
necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza por la distancia que
recorre el objeto.
El elevador hidráulico utiliza un líquido incompresible para transmitir la fuerza, y permite que una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
Esto hace que pueda emplearse una pequeña bomba de mano para levantar un automóvil.
El elevador hidráulico utiliza un líquido incompresible para transmitir la fuerza, y permite que una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
Esto hace que pueda emplearse una pequeña bomba de mano para levantar un automóvil.
Hidráulica.
Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir
dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite.
La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas.
En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos.
Las dos aplicaciones más importantes de la hidráulica se centran en el diseño de activadores y prensas.
Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo.
Como la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie, la fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área diferente. Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de 1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una fuerza de 10 en el pistón grande.
Este fenómeno mecánico se aprovecha en activadores hidráulicos como los utilizados en los frenos de un automóvil, donde una fuerza relativamente pequeña aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a la zapata del freno.
Los alerones de control de los aviones también se activan con sistemas hidráulicos similares.
La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas.
En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos.
Las dos aplicaciones más importantes de la hidráulica se centran en el diseño de activadores y prensas.
Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo.
Como la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie, la fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área diferente. Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de 1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una fuerza de 10 en el pistón grande.
Este fenómeno mecánico se aprovecha en activadores hidráulicos como los utilizados en los frenos de un automóvil, donde una fuerza relativamente pequeña aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a la zapata del freno.
Los alerones de control de los aviones también se activan con sistemas hidráulicos similares.
Los gatos y elevadores hidráulicos se utilizan para levantar vehículos
en los talleres y para elevar cargas pesadas en la industria de la
construcción.
La prensa hidráulica, inventada por el ingeniero británico Joseph Bramah en 1796, se utiliza para dar forma, extrusor y marcar metales y para probar materiales sometidos a grandes presiones.
La prensa hidráulica, inventada por el ingeniero británico Joseph Bramah en 1796, se utiliza para dar forma, extrusor y marcar metales y para probar materiales sometidos a grandes presiones.
Mecánica de Fluidos.
Parte de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o
en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que
utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos
como la aeronáutica (Aviones), la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología,
las construcciones navales (Barcos y construcción naval) y la oceanografía.
La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento.
El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.
Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas (Aire comprimido).
La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.
La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento.
El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.
Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas (Aire comprimido).
La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.
Las leyes de la mecánica de fluidos pueden observarse en muchas situaciones cotidianas. Por ejemplo, la presión ejercida por el agua en el fondo de un estanque es igual que la ejercida por el agua en el fondo de un tubo estrecho, siempre que la profundidad sea la misma. Si se inclina un tubo más largo lleno de agua de forma que su altura máxima sea de 15 m, la presión será la misma que en los otros casos (izquierda).
En un sifón (derecha), la fuerza hidrostática hace que el agua fluya hacia arriba por encima del borde hasta que se vacíe el cubo o se interrumpa la succión.
Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje.
El empuje es igual al peso del fluido desplazado. Esta ley se denomina principio de Arquímedes, por el científico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era. Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada.
(2) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua).
Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente -desplazando así menos agua- hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque.
A bajas velocidades, los fluidos fluyen con un movimiento suave llamado laminar, que puede describirse mediante las ecuaciones de Navier-Stokes, deducidas a mediados del siglo XIX. A velocidades altas, el movimiento de los fluidos se complica y se hace turbulento.
En los fluidos que fluyen por tubos, la transición del movimiento laminar al turbulento depende del diámetro del tubo y de la velocidad, densidad y viscosidad del fluido.
Cuanto mayores son el diámetro, la velocidad y la densidad, y cuanto menor es la viscosidad, más probable es que el flujo sea turbulento.
Ascensor hidráulico u oleodinámico
En los
ascensores hidráulicos el accionamiento se logra mediante una bomba, acoplada a
un motor eléctrico, que inyecta aceite a presión, por unas válvulas de maniobra
y seguridad, desde un depósito a un cilindro, cuyo pistón sostiene y empuja la
cabina, para ascender. En el descenso se deja vaciar el pistón del aceite
mediante una válvula con gran pérdida de carga para que se haga suavemente. De
este modo el ascensor oleodinámico solamente consume energía en el ascenso. Por
el contrario, la energía consumida en el ascenso es cuatro veces superior a la
que consume el ascensor electro-mecánico, por lo que el resultado es que, por
término medio, consumen más o menos el doble que éstos. Este tipo de ascensor,
no tiene contrapeso.
El
grupo impulsor realiza las funciones del grupo tractor de los ascensores
eléctricos, y el cilindro con su pistón la conversión de la energía del motor
en movimiento.
El
fluido utilizado como transmisor del movimiento funciona en circuito abierto,
por lo que la instalación necesita un depósito de aceite. La maquinaria y
depósito de este tipo de ascensor pueden alojarse en cualquier lugar, situado a
una distancia de hasta 12 metros del hueco del mismo, con lo cual permite más
posibilidades para instalar este ascensor en emplazamientos con limitación de
espacio.
Son los
más seguros, más lentos y los que más energía consumen, aunque son los más
indicados para instalar en edificios sin ascensor.
Que es un elevador hidráulico
El elevador hidráulico se basa en el principio
de que el trabajo necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza
por la distancia que recorre el objeto.
El elevador hidráulico utiliza un líquido incompresible para transmitir la fuerza, y permite que una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
Esto hace que pueda emplearse una pequeña bomba de mano para levantar un automóvil.
El elevador hidráulico utiliza un líquido incompresible para transmitir la fuerza, y permite que una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de una distancia pequeña.
Esto hace que pueda emplearse una pequeña bomba de mano para levantar un automóvil.
Como se diferencian
Los ascensores hidráulicos se
diferencias de los electromecánicos por su manera de funcionamiento y por la
energía que utilizan para el mismo, ya que en este tipo de ascensores el
accionamiento se produce mediante un motor eléctrico que cuenta con una bomba
acoplada.
Principio de Pascal y Arquímedes
Principio de Pascal
En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada
por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se
resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en
equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con
igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.1
El principio de Pascal puede comprobarse utilizando
una esfera hueca, perforada en
diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua
y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale
por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma
presión.
También podemos observar aplicaciones del principio
de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos
hidráulicos y en los puentes hidráulicos.
Prensa hidráulica
La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y
constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos.
La prensa hidráulica constituye la aplicación
fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite
entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está
completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan,
respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en
contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección S1 se
ejerce una fuerza F1 la presión p1 que
se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de
forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal
esta presión será igual a la presión p2 que ejerce
el fluido en la sección S2, es decir:
Con lo que las fuerzas serán:
Con S1 < S2.
Por tanto, la relación entre la fuerza resultante en el émbolo grande cuando se
aplica una fuerza menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea
la relación entre las secciones:
Aplicaciones del
principio El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia
de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter altamente
incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es
prácticamente constante, de modo que de acuerdo con la ecuación: Donde: presión
total a la profundidad. , presión sobre la superficie libre del fluido. Si se
aumenta la presión sobre la superficie libre, por ejemplo, la presión total en
el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que el término ρgh no varía al
no hacerlo la presión total (obviamente si el fluido fuera compresible, la
densidad del fluido respondería a los cambios de presión y el principio de
Pascal no podría cumplirse).
Principio de Arquímedes
Principio de Arquímedes Ejemplo del Principio de
Arquímedes El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un
cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático, será empujado con
una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto. De
este modo, cuando un cuerpo está sumergido en el fluido se genera un empuje
hidrostático resultante de las presiones sobre la superficie del cuerpo, que
actúa siempre hacia arriba a través del centro de gravedad del cuerpo del
fluido desplazado y de valor igual al peso del fluido desplazado. Esta fuerza
se mide en Newtons (en el SI) y su ecuación se describe como: Donde ρf y ρs son
respectivamente la densidad del fluido y del sólido sumergido, V el volumen del
cuerpo sumergido y g la aceleración de la gravedad.
El principio
de Arquímedes El principio de Arquímedes establece, básicamente, que cualquier
cuerpo sólido que se encuentre (sumergido o depositado) en un fluido,
experimentará un empuje de abajo hacia arriba, igual al peso del volumen del
liquido desalojado. El objeto no necesariamente ha de estar completamente
sumergido en dicho fluido, ya que, si el empuje que recibe es mayor que el peso
aparente del objeto, este, flotará y estará sumergido sólo parcialmente.
Presión en un fluido La presión en un fluido es la presión termodinámica que
interviene en la ecuación constitutiva y en la ecuación de movimiento del
fluido, en algunos casos especiales esta presión coincide con la presión media
o incluso con la presión hidrostática.
Presión hidrostática Un fluido pesa y ejerce
presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y
sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada
presión hidrostática provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a
las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar
la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas
resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las
superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de
la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente
expresión: Donde, usando unidades del SI
• P es la presión hidrostática (en pascales);
• ρ es la
densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico);
• g es la aceleración de la gravedad (en metros
sobre segundo al cuadrado);
• h es la
altura del fluido (en metros).
Un liquido
en equilibrio ejerce fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie
sumergida en su interior Presión media En un fluido en reposo la presión en un
punto es constante en cualquier dirección y por tanto la presión media,
promediando en todas direcciones coincide con la presión hidrostática. Sin
embargo, en un fluido en movimiento la presión en movimiento esto no
necesariamente sucede así.
En un fluido
cualquiera la presión media se define a partir de la traza del tensor tensión
del fluido: En un fluido newtoniano la presión media coincide con la presión
termodinámica o hidrodinámica en tres casos importantes:
• Cuando el
fluido está en reposo, en este caso, son iguales la presión media, la presión
hidrostática y la presión termodinámica.
• Cuando el fluido es incompresible.
• Cuando la
viscosidad volumétrica es nula. Presión hidrodinámica En un fluido en movimiento
general, al medir la presión según diferentes direcciones alrededor de un punto
esta no será constante, dependiendo la dirección donde la presión es máxima o
mínima de la dirección y valor de la velocidad en ese punto.
De hecho en un fluido newtoniano cuya ecuación
constitutiva, que relaciona el tensor tensión con el tensor velocidad de
deformación: Donde: son las componentes del tensor tensión. Son las componentes
del tensor velocidad de deformación. Son las componentes del vector velocidad
del fluido. Es la presión hidrodinámica. Son dos viscosidades que caracterizan
el comportamiento del fluido. Puede probarse que la presión hidrodinámica se
relaciona con la presión media por: Donde: K = λ + 2µ / 3, es la viscosidad volumétrica.
, es la divergencia del vector velocidad
Prensa
hidráulica La prensa hidráulica es una máquina simple semejante a la palanca de
Arquímedes, que permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el
fundamento de elevadores, prensas, frenos y muchos otros dispositivos
hidráulicos de maquinaria industrial. La prensa hidráulica constituye la
aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que
permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros
de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente
lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones
diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de
modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor
sección S1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido
en contacto con él se transmite íntegramente y de forma (casi) instantánea a
todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a
la presión p2 que ejerce el líquido sobre el émbolo de mayor sección S2, es
decir: con lo que, las fuerzas serán, siendo S1 < S2 : y por tanto, la
relación entre las fuerza resultante en el émbolo grande cuando se aplica una fuerza
menor en el émbolo pequeño será tanto mayor cuanto mayor sea la relación entre
las secciones.
Arquimedes
Principio de pascal:
No hay comentarios:
Publicar un comentario