Principios físicos

Define presión y caudal con su fórmula y sus unidades en el Sistema Internacional, y explica con un ejemplo cotidiano por qué una presión alta no implica necesariamente un caudal grande.

Expresa en pascales estas presiones habituales: $1\ \text{bar}$, $6\ \text{bar}$ (taller neumático típico) y $210\ \text{bar}$ (hidráulica industrial típica). Explica por qué en oleohidráulica se usa el bar o el MPa en lugar del pascal en la práctica.

Distingue entre presión absoluta y presión manométrica (relativa): qué referencia toma cada una y qué marca un manómetro de taller cuando el circuito está despresurizado. ¿Cuánto vale aproximadamente la presión atmosférica en bares?

Enuncia el principio de Pascal y explica por qué en una prensa hidráulica la presión es la misma en ambos émbolos aunque las fuerzas sean muy diferentes. Escribe la relación $\frac{F_1}{S_1} = \frac{F_2}{S_2}$ indicando qué significa cada símbolo.

Sobre el émbolo pequeño de la prensa hidráulica de la figura se aplica una fuerza $F_1 = 200\ \text{N}$ sobre una sección $S_1 = 20\ \text{cm}^2$; el émbolo grande tiene una sección $S_2 = 400\ \text{cm}^2$. Calcula la presión del fluido, la fuerza $F_2$ disponible en el émbolo grande y el factor de multiplicación de la fuerza.

En una prensa hidráulica, el émbolo pequeño tiene una sección $S_1 = 20\ \text{cm}^2$ y el grande una sección $S_2 = 400\ \text{cm}^2$. Si el émbolo pequeño desciende $10\ \text{cm}$, aplicando la conservación del volumen de aceite, calcula cuánto asciende el émbolo grande y explica qué relación guarda este resultado con la multiplicación de la fuerza: ¿de dónde sale la energía?

Por una tubería de $2\ \text{cm}^2$ de sección circula un caudal de $30\ \text{L/min}$. a) Expresa el caudal en $\text{m}^3/\text{s}$. b) Calcula la velocidad media del fluido aplicando $Q = S \cdot v$. c) Si la tubería se estrecha a la mitad de sección, razona qué le ocurre a la velocidad.

La figura muestra un estrechamiento en una tubería por la que circula aceite. a) Si el caudal es $12\ \text{L/min}$ y la sección ancha es de $4\ \text{cm}^2$, calcula la velocidad en la zona ancha. b) Calcula la velocidad en el estrechamiento de $1\ \text{cm}^2$. c) Razona, por conservación del caudal, cómo cambia la presión en la zona estrecha.

Un gato hidráulico de taller debe levantar un coche de $1\,500\ \text{kg}$ accionando una palanca que multiplica por $10$ la fuerza de la mano, de modo que sobre el émbolo pequeño actúan $500\ \text{N}$. a) Calcula la presión necesaria del aceite si el émbolo pequeño tiene $5\ \text{cm}^2$ de sección. b) Calcula la sección mínima del émbolo grande (toma $g = 9{,}8\ \text{m/s}^2$). c) Comenta qué margen de seguridad aplicarías y por qué.

Una bomba hidráulica impulsa $20\ \text{L/min}$ a $50\ \text{bar}$. a) Expresa el caudal en $\text{m}^3/\text{s}$ y la presión en $\text{Pa}$. b) Calcula la potencia hidráulica entregada, $P = p \cdot Q$, y exprésala en $\text{kW}$. c) Si el rendimiento del grupo es del $80\,\%$, calcula la potencia eléctrica consumida.

Hay que dimensionar el cilindro hidráulico de una plataforma elevadora que levanta $800\ \text{kg}$ con una red a $40\ \text{bar}$. a) Calcula la fuerza necesaria (toma $g = 9{,}8\ \text{m/s}^2$) y la sección mínima del émbolo. b) Elige el diámetro comercial inmediatamente superior razonable. c) Aplica un coeficiente de seguridad de $1{,}5$ sobre la presión máxima del cilindro y explica qué compruebas además (pandeo del vástago, carrera).

Un circuito pierde $8\ \text{bar}$ en tuberías y válvulas antes de llegar al actuador, con un caudal de $15\ \text{L/min}$. a) Calcula la potencia disipada en calor por esas pérdidas ($P = \Delta p \cdot Q$). b) Calcula la energía desperdiciada en una jornada de $8\ \text{h}$ y exprésala en $\text{kWh}$. c) Propón dos medidas de diseño para reducir esas pérdidas y razona su efecto.