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Demostración del Principio de Pascal (Prensa Hidráulica)
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FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Proyecto de Física II: “Elevador Hidráulico”
Integrantes:Carrión Campoverde, Yelmi Céspedes Malca, OscarMonja Mío, FrankMorales Páucar, CarlaPalmer Guillermo, MarianoQuispe Delgado, Joselito
Requejo Paz, Alex Sánchez Cabrera, Mónica Sánchez Zuloeta, Erika Serrato Mío, Gerson Talledo Barreto, Angie Vargas Toscanelli, Shashenka
Curso : Física II
Ciclo : IIGrupo : “A”Profesor: José Fortunato Zuloaga Cachay
2015Introducción
La estática de fluidos estudia las condiones de equilibrio de los fluidos en reposo,
y cuando se trata de líquidos se denomina hidrostática. Esta se fundamenta en
leyes y principios como los de Arquímides, Pascal, entre otros, los mismos que
contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al estudio de sus
características generales.
La incompresibilidad de los líquidos, hace que la variación en la presión en un
punto de un líquido, se trasmita de forma inmediata a todos los demás puntos de
un líquido, este es el conocido principio de pascal. Bajo este principio hemos
construido un helevador hidraulico, pues un elevador hidráulico es una maquina
que utiliza la incompresibilidad de los líquidos, para conseguir elevar pesadas
cargas realizando una fuerza pequeña, sin embargo no sirve para ahorrar energía.
El presente trabajo tiene como propósito explicar la aplicación del principio de
Pascal en el asecensor hidaúlico, conocer en qué forma podemos ejercer presión
sobre otros elementos y demostrar el tipo de presión ejercida.
Hidrostática
1. DefiniciónLa hidrostática o estática de fluidos es la rama de la mecánica de
fluidos que se encarga del estudio de los fluidos en estado de reposo; es
decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los
principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el
principio de Pascal y el principio de Arquímedes
2. Conceptos Básicos
2.1. Fluido
Reciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la
propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A
esta propiedad se le da el nombre de fluidez.
Son fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede
cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la acción de fuerzas
pequeñas.
Todo fluido presenta las siguientes características:
Cohesión. Fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una
misma sustancia.
Tensión superficial. Fenómeno que se presenta debido a la
atracción entre las moléculas de la superficie de un líquido.
Adherencia. Fuerza de atracción que se manifiesta entre las
moléculas de dos sustancias diferentes en contacto.
Capilaridad. Se presenta cuando existe contacto entre un líquido
y una pared sólida, debido al fenómeno de adherencia. En caso de
ser la pared un recipiente o tubo muy delgado (denominados
"capilares") este fenómeno se puede apreciar con mucha claridad.
2.2. Densidad
La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. Se
denomina con la letra ρ. En el sistema internacional se mide en kg/m3
Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo
es:
Donde
Ρ: densidad de la sustancia, Kg/m3
M: masa de la sustancia, Kg
V: volumen de la sustancia, m3
En consecuencia la unidad de densidad en el Sistema
Internacional será kg/m3 pero es usual especificar densidades en
g/cm3, existiendo la equivalencia 1g cm3 = 1.000 kg/ m3.
La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al
resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la
presión a la que se encuentra el fluido.
2.3. Peso Específico
El peso específico de un fluido se calcula como su peso por unidad de
volumen (o su densidad por g).
En el sistema internacional se mide en N/m3
2.4. Presión Hidrostática
En general, podemos decir que la presión se define como fuerza
sobre unidad de superficie, o bien que la presión es la magnitud que
indica cómo se distribuye la fuerza sobre la superficie en la cual está
aplicada.
Si una superficie se coloca en contacto con un fluido en equilibrio (en
reposo) el fluido, gas o líquido, ejerce fuerzas normales sobre la
superficie.
Entonces, presión hidrostática, en mecánica, es la fuerza por unidad
de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a
dicha superficie.
Si la fuerza total (F) está distribuida en forma uniforme sobre el total
de un área horizontal (A), la presión (P) en cualquier punto de esa
área será
Donde:
P: presión ejercida sobre la superficie, N/m2
F: fuerza perpendicular a la superficie, N
A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m2
2.5. Presión Absoluta
La presión absoluta es aquella presión que se mide en relación con
el vacío perfecto.
Un vacío perfecto es la presión más baja posible. Por lo tanto, una
presión absoluta será siempre positiva.
Su fórmula es la siguiente:
Pabs=Patm+Pman
2.6. Presión Manométrica
Es la diferencia entre la presión absoluta o real y la presión
atmosférica. Se aplica tan solo en los que la presión es superior a la
presión atmosférica, pues cuando esta es negativa se llama presión
de vacío.
Muchos de los aparatos empleados para la medida de presiones
utilizan la presión atmosférica como nivel de referencia y miden
la diferencia entre la presión real o absoluta y la presión atmosférica,
llamándose a este valor presión manométrica.
(Para presiones superiores a la patm)
(Para presiones inferiores a la patm)
Donde:
= Presión manométrica = Presión de vacío = Presión absoluta = Presión atmosférica
3. Principios Fundamentales
3.1. Principio de Pascal
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.
3.2. Principio de Arquímedes
El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que: “Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja”. Esta fuerza1 recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide
en Newton (N) en el sistema internacional. El principio de Arquímedes se formula así:
O
Proyecto: “Elevador Hidráulico”
1. Materiales
Base de madera (40 x 40) Triplay 4 Varillas de fierro 8 jeringas ( 5 de 20ml, 1 de 10ml 1 de 30ml 1 de 50 ml) Triple vía Manguera para suero Liquido (agua, refresco, entre otros) Taladro
2. Procedimiento de armado
Primero procedemos a marcar los diámetros de las cuatro varillas de fierro en las esquinas de la base de madera.
Luego procedemos a taladrar en el lugar donde fueron hechas las marcas con el fin de insertar las varillas.
Como siguiente paso procedemos a seccionar el triplay en cuatro rectángulos (2 movibles y 2 de soporte para las jeringas).
Realizamos marcas de los diámetros de las jeringas y las varillas de fierro en las cuatro partes seccionadas y luego procedemos a hacer los
agujeros, utilizando el taladro. Se debe tener en cuenta que en una de las secciones irán cuatro jeringas de 20ml; y en la otra sección irán las jeringas de 10ml, 20ml, 30ml y 50ml.
Luego procedemos a la unión de la triple vía y las mangueras de suero con las jeringas, para luego insertar estas últimas en las secciones de triplay.
Insertamos 4 jeringas de 20ml en una de las secciones de triplay, y en la otra colocamos las jeringas de 10ml, 20ml 30ml y 50 ml.
Luego procedemos a insertar las secciones de triplay en las varillas de fierro.
Finalmente, procedemos a llenar las jeringas del líquido deseado y equilibrar los fluidos con el fin de que al ejercer presión no quede aire dentro de las jeringas.
3. Explicación
En este proyecto podemos observar la aplicación del Principio de Pascal, el
cual nos dice que al aplicar una fuerza pequeña, en este caso presión, a un
líquido que se encuentra encerrado, esta fuerza se trasmitirá a todas las partes
del fluido y a las paredes del recipiente, por lo cual será capaz de producir una
fuerza mayor que será necesaria para poder elevar la plataforma, y el objeto que
se encuentre en ella.
Aquí observamos que al ejercer presión sobre la jeringa pequeña el líquido se
desplazará con mayor rapidez y fuerza a la jeringa más grande ya que como nos
dice el principio de Pascal.
También el elevador hidráulico está relacionado con el principio de la prensa
hidráulica ya que al aplicarle una fuerza a la jeringa de menor tamaño, permite
obtener una fuerza mayor en la jeringa de mayor área.
CONCLUSIONES
Para este proyecto se utilizaron dos leyes de física: La incompresibilidad de los líquidos, lo que hace que por mucha presión ejercida sobre ellos, no disminuirán su volumen y la presión ejercida por un fluido incompresible 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.
Si aumentamos la sección del émbolo de salida conseguiremos una gran presión de salida, incluso de miles de veces superior a la ejercida sobre el actuador.
La presión por la que se multiplica la fuerza es la misma que la diferencia que haya entre las superficies de los émbolos. Así una jeringa con el doble de superficie realizara el doble de presión que la ejercida sobre la menor, aunque también realizará un recorrido dos veces más pequeño que la de menor tamaño,
Referencias
DOE Fundamentals Handbook - Thermodynamics, Heat Transfer, And Fluid
Flow, Volume 1, U.S. Department of Energy
Ortega, Manuel R. (1989-2006). Lecciones de Física (4 volúmenes). Monyte
Resnick, Robert & Halliday, David. 2004. Física 4ª. CECSA, México
Tipler, Paul A. 2000. Física para la ciencia y la tecnología (2 volúmenes). Barcelona: Ed. Reverté
Vera, Alejandro.2005. Mecánica de Fluidos. Hidrostática e Hidrodinámica. Cuzcano
