Circuitos hidráulicos

Enuncia con tus palabras el principio de Pascal y explícalo con el ejemplo de una jeringuilla llena de agua con la salida tapada: qué ocurre con la presión en cualquier punto del líquido al empujar el émbolo.

Un émbolo ejerce una fuerza de $300\ \text{N}$ sobre una superficie de $0{,}01\ \text{m}^2$. Aplicando $p = \frac{F}{S}$, calcula la presión que soporta el aceite, expresada en pascales.

Imagina dos jeringuillas cerradas, una llena de aire y otra llena de agua. Explica qué ocurre al apretar cada émbolo y razona por qué la hidráulica aprovecha que los líquidos apenas se comprimen.

Explica, usando la idea de la fuerza multiplicada, por qué un gato hidráulico permite levantar un coche accionando una palanca con una sola mano.

En una prensa hidráulica, el émbolo pequeño tiene una superficie $S_1 = 10\ \text{cm}^2$ y el grande, $S_2 = 100\ \text{cm}^2$. Si se aplica una fuerza $F_1 = 50\ \text{N}$, calcula la presión del aceite y la fuerza $F_2$ que empuja el émbolo grande, y razona cuántas veces se ha multiplicado la fuerza.

En una prensa hidráulica con $S_1 = 5\ \text{cm}^2$ y $S_2 = 100\ \text{cm}^2$ se aplica $F_1 = 40\ \text{N}$ y el émbolo pequeño baja $10\ \text{cm}$. Calcula la presión del aceite y la fuerza del émbolo grande y, razonando con el volumen de aceite desplazado, cuánto sube el émbolo grande. ¿Qué se multiplica y qué se divide en esta máquina?

Relaciona cada elemento de un circuito hidráulico con su función: (a) bomba, (b) depósito de aceite, (c) cilindro hidráulico, (d) válvula distribuidora. Funciones: (1) impulsar el aceite y darle presión, (2) almacenar el aceite del circuito, (3) transformar la presión en movimiento, (4) dirigir el aceite hacia uno u otro lado del cilindro.

Haz una tabla comparativa entre la neumática y la hidráulica con estas filas: fluido empleado, presión de trabajo típica (unos $6\ \text{bar}$ frente a más de $100\ \text{bar}$), fuerza que puede dar, efecto de una fuga y una aplicación típica.

Explica qué hace la bomba dentro de un circuito hidráulico, en qué se diferencia de un compresor y qué le ocurre al circuito si el depósito se queda sin aceite mientras la bomba funciona.

Un gato hidráulico tiene émbolos de $5\ \text{cm}^2$ y $50\ \text{cm}^2$ y debe levantar una carga de $1.000\ \text{N}$. Calcula qué presión necesita el aceite y qué fuerza hay que aplicar en el émbolo pequeño. (Dato: $10\ \text{N}/\text{cm}^2$ equivalen a $1\ \text{bar}$.)

Se quiere diseñar una prensa de taller que ejerza $5.000\ \text{N}$ aplicando a mano $250\ \text{N}$. Calcula la relación de superficies necesaria entre los dos émbolos y propón un par de radios razonables (recuerda que $S = \pi \cdot r^2$), justificando la elección.

Un cilindro hidráulico de doble efecto tiene un émbolo de $20\ \text{cm}^2$ y un vástago de $5\ \text{cm}^2$ de sección, y trabaja a $10\ \text{bar}$ (es decir, $10\ \text{N}/\text{cm}^2$). Calcula la fuerza al salir el vástago y, razonando qué superficie útil queda en la cámara del lado del vástago, la fuerza al entrar. Explica por qué no son iguales.

La figura muestra un circuito hidráulico con sus símbolos: depósito, bomba, una válvula y un cilindro de doble efecto, con un elemento marcado con ?. Indica qué elemento es, qué función cumple y qué le ocurre al vástago al accionar la palanca en un sentido y en el otro.

Tras una reparación de frenos queda aire dentro del circuito hidráulico y el pedal se siente «esponjoso». Explica por qué el aire estropea la transmisión de la presión (relaciónalo con el principio de Pascal y con la compresibilidad) y qué operación de taller lo soluciona.

Un elevador hidráulico de taller sube coches con un cilindro y los baja abriendo una válvula de descarga que deja volver el aceite al depósito. Explica por qué el coche baja sin que la bomba funcione (qué fuerza lo empuja) y qué elemento de seguridad exigirías antes de trabajar debajo.