Prensa hidráulica: qué es, para qué sirve, cómo funciona, aplicaciones
¿Qué es una prensa hidráulica?
La prensa hidráulica es una máquina formada por pistones, que se mueven en cilindros unidos por vasos comunicantes llenos de fluido, que actúa para multiplicar la fuerza. Cuando se aplica una fuerza pequeña al pistón de entrada, el sistema ofrece una fuerza mayor en el pistón de salida.
Esta fuerza mayor se aprovecha en la industria metalmecánica, para comprimir y cortar los metales, dándoles la forma de piezas o partes mecánicas necesarias para ensamblar autos, aviones, electrodomésticos y más.
También se puede emplear para levantar grandes pesos, ejercer tracción, extraer el aceite de las semillas y enderezar piezas de metal deformadas.
Como casi siempre son de bajo mantenimiento y de uso seguro, las prensas hidráulicas son imprescindibles en la industria. Por eso se fabrican en infinidad de modelos y tamaños, incluyendo prensas de menores dimensiones para uso doméstico.
Su principio de funcionamiento es muy sencillo, se basa en la llamada ley de Pascal. Esta afirma que la presión aplicada a un fluido confinado en un recipiente, se transmite íntegramente a cada parte del fluido y las paredes del envase. Es entonces que a través del fluido, la fuerza aplicada se transmite y multiplica a la salida.
Historia de la prensa hidráulica
Las prensas a base de diversos mecanismos son usadas desde la antigüedad, para comprimir, laminar, cortar y muchas más funciones.
Pero la primera prensa hidráulica, basada en el principio de Pascal, se debe a Joseph Bramah, un ingenioso mecánico que nació en 1749 en la localidad de Stainborough, Inglaterra. Por eso a la prensa hidráulica también se la conoce como prensa Bramah.
Al principio la prensa Bramah no producía grandes fuerzas. Por ello no servía para acuñar monedas o trabajar metales a gran escala. Pero poco tiempo después, en 1797, los hermanos Jacques y Auguste Perier mejoraron el diseño al alcanzar presiones mayores a 70 kg/cm2.
Una nueva optimización apareció a mediados del siglo XIX, gracias a un maquinista escocés llamado John Haswell, quien trabajaba para los ferrocarriles de Austria.
Desde entonces, la prensa hidráulica pasó a formar parte de las herramientas en la industria pesada hasta la actualidad, con diseños muy mejorados en los que intervienen sistemas de control computarizados.
El principio de Pascal
Este principio fue descubierto mucho antes de Bramah, en el siglo XVII, por el científico francés Blaise Pascal (1623 – 1662).
Pascal fue un inventor muy prolífico durante su corta vida. Se interesó por las matemáticas, realizó importantes aportes a la teoría de las probabilidades e inventó una calculadora mecánica, llamada la pascalina.
Previamente, a manos de Pascal habían llegado los experimentos acerca del vacío y la presión, hechos por Evangelista Torricelli, asistente del ya anciano Galileo Galilei.
Tras mucha observación, puso en práctica su principio al reventar un tonel repleto de agua, agregando apenas un 1 kg de agua adicional a través de una tubería situada a gran altura.
Pascal logró romper el tonel gracias a que el agua es un líquido poco compresible, es decir, no cambie su volumen con facilidad. Entonces, si el agua está confinada y se le aplica una pequeña fuerza a través de un pequeño pistón, la presión creada, que es fuerza dividida entre área, es grande.
La fuerza se transmite así a cada molécula del fluido y a las paredes del recipiente por igual.
Si el recipiente está cerrado firmemente como el tonel, suficiente presión lo revienta. Pero si en cambio hay un pistón móvil en el otro extremo, la fuerza lo desplaza y puede empujar o subir un objeto que esté colocado encima. Así funciona el gato hidráulico.
Ecuaciones
En el siguiente esquema se puede observar el principio de Pascal: una fuerza menor F1 se aplica al pistón pequeño de área S1, gracias a lo cual produce una fuerza F2 mayor, ya que esta depende del cociente (S2/S1), que es mayor que 1. Como la presión es la misma en todas partes:
p = F1 / S1 = F2 / S2
De donde se deduce que la magnitud de la fuerza transmitida al pistón más grande es:
F2 = (S2 / S1). F1
¿Para qué sirve la prensa hidráulica?
Como indicamos previamente, la prensa hidráulica tiene diversidad de funciones:
-Comprimir y traccionar.
-Cortar piezas para multitud de equipos.
-Laminar el metal.
-Exprimir frutos y semillas para la extracción del aceite.
-Extraer piezas.
-Enderezar partes de acero deformadas.
¿Cómo funciona una prensa hidráulica?
La prensa hidráulica funciona aplicando una pequeña fuerza de entrada, que será amplificada por el fluido para obtener determinada fuerza de salida. Esto se logra con el dispositivo básico descrito, además de varios sistemas complementarios.
Los fluidos empleados son diversos, usualmente derivados de hidrocarburos y algunas prensas contienen más de uno.
Una prensa hidráulica moderna se compone básicamente de:
–Sistema hidráulico, basado en el principio de Pascal descrito, que contiene el fluido hidráulico, los pistones, válvulas, filtros, mangueras y tuberías, que complementan el sistema. También hay manómetros para verificar la presión y con ella la fuerza de salida.
Ahora bien, hay prensas hidráulicas manuales como los gatos hidráulicos para vehículos, pero lo más común en laboratorios e industrias es que tengan motor. Por lo tanto también se requieren varios sistemas adicionales:
–Sistema eléctrico, consistente en un sistema de arranque, cableado, bobinas, conectores y fusibles.
–Sistema de potencia, con un motor y una bomba.
–Sistema de control computarizado, contiene la electrónica necesaria para operar la prensa según los requerimientos del trabajo.
Ejemplos y aplicaciones
Ensayos de compresión y tracción
Las propiedades de los materiales usados en construcción y manufactura se ponen a prueba mediante ensayos controlados.
Con ayuda de la prensa se comprimen o se estiran las muestras poco a poco y se van registrando las deformaciones que sufren. De esta forma se conoce cuánto resisten antes de deformarse permanentemente y romperse.
Fabricar piezas de carrocería
A la prensa se le añade una herramienta llamada troquel, que entre otras funciones, permite cortar las chapas de metal de acuerdo a las plantillas del diseño.
De esta manera se cortan las piezas de metal que componen la carrocería del automóvil y otros vehículos.
Además de servir para crear las piezas de la carrocería, la prensa hidráulica tiene otros usos en la industria automotriz, como por ejemplo el ensamblaje de partes diversas. Por eso es de gran utilidad en el taller mecánico.
Máquinas compactadoras
Una gran cantidad de metal se encuentra en elementos fuera de uso, el cual se puede reutilizar, pero antes se debe recolectar y almacenar.
Las máquinas compactadoras reducen el volumen del metal, para que se pueda guardar en espacios más pequeños mientras es utilizado nuevamente. También pueden reducir el volumen de otros materiales de desecho para reciclaje, como cajas y cartones.
En la industria de alimentos
Hay prensas hidráulicas diseñadas para procesar frutos y semillas, así como la extracción del aceite.
En la industria farmacéutica
Los medicamentos vienen en numerosas presentaciones. Las pastillas y comprimidos con el tamaño y la dosis precisa se fabrican empleando prensas hidráulicas que compactan los compuestos.
Las prensas también se usan en la fabricación de cosméticos con forma de polvos compactos.
Referencias
- Bauer, W. 2011. Física para Ingeniería y Ciencias. Volumen 1. Mc Graw Hill.
- Giancoli, D. 2006. Physics: Principles with Applications. 6th. Ed Prentice Hall.
- Intriago, N. 2006. Automatización de una prensa universal de ensayo. Trabajo Especial de Grado de la Facultad de Ingeniería de la UCV.
- Palomo, J. Prensa Hidraúlica. Recuperado de: blog.laminasyaceros.com.
- Prensa hidráulica: el origen de muchas máquinas. Recuperado de: fabricantes-maquinaria-industrial.es.