La energía de presión en un gas o líquido es igual a la presión multiplicada por el volumen delta (disminución) de la compresión.
Los líquidos son muy difíciles de comprimir, por lo que el volumen delta es pequeño y la energía de presión “almacenada” en un líquido (en forma de energía potencial) también es pequeña.
Sin embargo, los líquidos pueden transportar una energía significativa a través de la presión. La energía no se “almacena” en el líquido, solo se transporta a través de él. En un sistema hidráulico, o en una cortadora de chorro de agua, la energía provendría de una bomba que funciona durante la operación. La inelasticidad de los líquidos es una razón para la ventaja de que los sistemas hidráulicos, a diferencia de los sistemas neumáticos, no “roban” energía para almacenar y liberar más tarde.
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EDITADO – gracias a Shuvo Das por las preguntas / comentarios detallados:
La presión no es una forma de energía potencial de hecho. La presión multiplicada por un delta (disminución) en el volumen es. Como los líquidos son casi incompresibles, el volumen delta es insignificante y también lo es la energía potencial en el líquido.
Si desea calcular la energía transportada a través de un sistema hidráulico, multiplique la presión hidráulica por el volumen bombeado en un extremo. Al mismo tiempo, el mismo volumen de aceite hidráulico debe salir por el otro extremo, por ejemplo, para mover un pistón. Como la presión es la misma en ambos extremos, y el mismo cambio de volumen ocurre en ambos lados, no se “pellizca” la energía para ser almacenada como energía potencial en alguna parte.
La ventaja de usar aceite como fluido hidráulico es principalmente que tiene una mayor viscosidad y, por lo tanto, es menos probable que se filtre a través de grietas.
Me gusta la comparación con un sólido. Un sólido elástico como el caucho, que se puede comprimir, doblar o torcer, puede almacenar energía potencial y liberarla más tarde. Un sólido rígido puede “transportar” energía a través de empujar y tirar y girar y doblar, pero no almacenarla y liberarla más tarde. Una simple palanca rígida transportaría energía de esta manera.
La diferencia más fundamental entre sólidos y líquidos es que los líquidos son “sin forma”, es decir, no conocen cizallamiento, y uniformes, es decir, la tensión es la misma en todas las direcciones tridimensionales. Lo que es un tensor de tensión de Cauchy de 9 elementos en un sólido es un simple escalar de 1 elemento en un líquido. Llamado presión.
¿Qué sucede en un líquido bajo presión o en un sólido bajo presión? Están comprimidos o expandidos, infinitesimalmente. No existe una elasticidad absolutamente cero. Pero como los átomos o las moléculas están mucho más cerca uno del otro que en un gas, en un sólido, típicamente en una red cristalina, incluso la compresión o expansión más pequeña causa fuerzas atómicas tan fuertes que la presión o el estrés aumentan tan rápidamente que se evita una mayor deformación .
El llamado módulo a granel K le da la elasticidad de una sustancia. Cuando multiplica el cambio de volumen relativo (volumen delta en relación con, es decir, dividido por el volumen total) por K, obtiene el aumento de presión. K es aproximadamente 10kPa para aire (a temperatura constante y presión a nivel del mar), 2.2GPa para agua, unos 45GPa para vidrio, 150GPa para acero y 443GPa para diamante súper enfriado.
Significado: Un cambio de volumen relativo de solo 1% (= 0.01) elevaría la presión en 22MPa en el agua, es decir, 2,200 bar. ¡Eso es el doble de la presión del agua en el fondo de la Fosa de las Marianas de 11,000 m de profundidad, el mar más profundo de la tierra!
Los sólidos también tienen un módulo de corte. En un sólido uniforme que se comporta igual a lo largo de todas las dimensiones paciales, el módulo de masa sería responsable de los 3 elementos diagonales del tensor de tensión, y el módulo de corte para los otros 6.
