A través de este recurso podrás identificar los principios y características de los sistemas hidrostáticos y su relación con el principio de Pascal.
Introducción a la instrumentación, medidas de presión, flujo, nivel y temperatura
Sistemas hidrostáticos y el principio de Pascal
Todos los líquidos pesan, por ello cuando están contenidos en un recipiente las capas superiores oprimen a las inferiores, generándose una presión debida al peso. La presión en un punto determinado del líquido deberá depender entonces de la altura de la columna de líquido que tenga por encima suyo.
Considérese un líquido de densidad en reposo y abierto a la atmósfera. Seleccionaremos una muestra de líquido contenida por un cilindro imaginario de área de sección transversal
que se extiende desde la superficie del líquido hasta una profundidad “
”. La presión ejercida por el fluido sobre la cara inferior es
, y la presión sobre la cara superior del cilindro es la presión atmosférica,
. Por consiguiente, la fuerza hacia arriba ejercida por el líquido sobre el fondo del cilindro es
, y la fuerza hacia abajo ejercida por la atmósfera sobre la parte superior es
. Debido a que la masa del líquido en el cilindro es
, el peso del fluido en el cilindro es
. Como el cilindro está en equilibrio, la fuerza hacia abajo en la parte superior de la muestra para soportar su peso es igual a:
(llamada ecuación fundamental de la hidrostática) donde la presión atmosférica es . En otras palabras la presión absoluta “
” en una profundidad “
”, debajo de la superficie de un líquido abierto a la atmósfera, es mayor que la presión atmosférica en una cantidad
. Ello implica que ni la forma de un recipiente ni la cantidad de líquido que contiene influye en la presión que se ejerce sobre su fondo, tan sólo la altura del líquido.
En vista del hecho de que la presión en un líquido sólo depende de la profundidad, cualquier incremento de presión en la superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido. Esto lo reconoció por primera vez el científico Alemán Blaise Pascal y se conoce como ley de Pascal.
La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo.
Este enunciado, obtenido a partir de observaciones y experimentos por el físico y matemático B. Pascal, se conoce como principio de Pascal.
El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es constante, de modo que de acuerdo con la ecuación si se aumenta la presión en la superficie libre, por ejemplo, la presión en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que
no varía al no hacerlo
.
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 se ejerce una fuerza
la presión
que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del líquido; por tanto, será igual a la presión
que ejerce el líquido sobre el émbolo de mayor sección
es decir:
Si la sección es veinte veces mayor que la
, la fuerza
aplicada sobre el émbolo pequeño se ve multiplicada por veinte en el émbolo grande.
La presa 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.