Montacargas hidráulico

Qué va a aprender

• Que los líquidos casi no se comprimen y por eso transmiten la fuerza y el movimiento de un émbolo a otro (principio de Pascal).
• Que con dos jeringas iguales el émbolo elevador se mueve lo mismo que el de mando (1:1), y que con jeringas distintas se cambia fuerza por recorrido.
• Que el aire sí se comprime: con burbujas el ascensor va a tirones y pierde recorrido.
• Por qué un ascensor necesita guías: la plataforma solo debe poder moverse en una dirección.
• Cómo funcionan los gatos hidráulicos, los frenos de los coches y los brazos de las excavadoras.

Prepara antes

• Mide tu jeringa elevadora: la distancia L desde la cara de abajo de las aletas hasta la punta de la boquilla. Altura de la columna = L + 40 mm. Para una de 20 ml típica, L ≈ 95 mm y la columna mide 135 mm.
• Comprueba que el tubo entra apretado en la boquilla de las dos jeringas: si baila, envuelve la boquilla con una vuelta de cinta de teflón o usa tubo más estrecho.
• Mueve los émbolos varias veces en seco: si alguno va duro, prueba otra jeringa (el rozamiento se suma a la carga).
• Prepara un barreño con 1 litro de agua y 3–5 gotas de colorante y protege la mesa con papel de periódico.
• Imprime las plantillas al 100 % y comprueba que la plataforma D mide 100 mm.

Materiales y herramientas

• Jeringas sin aguja — 2 iguales (+ 1 de 5 ml para el experimento) comprar
  20 ml, cono Luer normal (sin rosca), émbolo con goma que deslice suave
• Tubo de silicona o de acuario — 40 cm comprar
  Ø interior 4 mm, exterior 6 mm, transparente y flexible
• Cartón corrugado grueso — 2 láminas de 30 × 40 cm
  3–4 mm, liso, de caja de envíos
• Palitos de brocheta — 2
  Ø 3 mm × 250 mm, rectos
• Pajita — 1
  recta, Ø 5–6 mm (para 2 tramos de 30 mm)
• Palitos de helado — 2
  de 114 × 10 mm, recortados a 100 mm
• Colorante alimentario — 3–5 gotas
  azul o verde, en 1 litro de agua
• Cola blanca y barritas de silicona — 1 bote + 3 barritas
  cola para el cartón; silicona caliente para fijar las brochetas y la plataforma
• Cinta americana o aislante — 30 cm
  para sujetar las aletas de la jeringa y las uniones del tubo
• Cinta de teflón (opcional) — 20 cm
  de fontanero, solo si el tubo baila en la boquilla de la jeringa
• Gomas elásticas — 2
  de oficina, para sujetar la jeringa de mando en sus soportes
• Barreño o fregadero con agua — 1 litro de agua
  para llenar el circuito sin aire
• Vaso grande o jarra — 1, con agua de color
  de al menos 10 cm de hondo, para conectar la jeringa elevadora bajo el agua sin mojar la columna

Herramientas

• Regla metálica y lápiz — marcar las piezas y medir la jeringa
• Cúter y base de corte — cortar las piezas de cartón grueso y los agujeros adulto
• Tijeras — cortar pajitas, tubo y cartón fino
• Pistola de silicona caliente — fijar brochetas, columna y plataforma adulto
• Punzón o lápiz afilado — perforar los agujeros de las brochetas adulto
• Trapo o papel de cocina — secar las jeringas y recoger el agua

Piezas y plantillas

• A · Base ×2 — cartón corrugado 3–4 mm
• B · Columna (tubo cuadrado 40 × 40) ×1 — cartón corrugado 3 mm
• C · Tapa de la columna ×1 — cartón corrugado 3 mm
• D · Plataforma ×2 — cartón corrugado 3 mm
• E · Pajitas guía (casquillos) ×2 — pajita Ø 5–6 mm
• F · Travesaño superior ×3 — cartón corrugado 3 mm
• G · Soportes de la jeringa de mando ×2 — cartón corrugado 3 mm
• H · Tacos de las guías ×4 — cartón corrugado 3 mm
• I · Guías verticales ×2 — palito de brocheta Ø 3 mm
• J · Manguera ×1 — tubo de silicona 4 × 6 mm

Paso a paso

1. Haz la base

   Corta dos rectángulos de 240 × 160 mm (A) y pégalos con cola, con las ondas cruzadas. Pon peso encima 10 minutos. Marca con la plantilla el cuadrado de la columna, los dos agujeros de las guías y los soportes.

   Comprueba: La base queda plana y no se dobla al cogerla por una esquina.

2. Monta la columna adulto

   Corta la pieza B a la altura L + 40 mm (135 mm para 20 ml) y la ranura de 10 × 30 mm abierta por abajo. Marca los 4 pliegues, dobla en forma de tubo cuadrado de 40 × 40 mm y pega la pestaña por dentro. No la pegues todavía a la base.

   Comprueba: La columna se sostiene recta y la ranura queda en la cara derecha, abajo.

3. Pon la tapa adulto

   Corta la tapa C de 50 × 50 mm con el agujero de Ø 24 mm (diámetro exterior de tu jeringa + 1 mm). Pégala sobre la boca de arriba de la columna, centrada.

   Comprueba: El cuerpo de la jeringa entra por el agujero y las aletas se quedan apoyadas en la tapa.

4. Llena el tubo y la jeringa de mando bajo el agua adulto

   Mete el tubo de 40 cm en el barreño con agua de color y apriétalo hasta que no salgan burbujas. Sumerge la jeringa de mando, llénala hasta 20 ml sin burbujas y encájala en un extremo del tubo sin sacarla del agua. Sácalas del barreño con el extremo libre del tubo hacia arriba y tapado con el dedo: la elevadora todavía no se conecta.

   Truco: Si ves una burbuja dentro de la jeringa, ponla con la boquilla hacia arriba, dale golpecitos y empuja hasta que salga.

5. Pasa el tubo por la columna y conecta la elevadora adulto

   Con la columna aún sin pegar a la base, mete el extremo libre del tubo por su boca de abajo, encaja el tramo de abajo en la ranura (está abierta por abajo) y saca unos 10 cm de tubo por el agujero de la tapa. Mete ese extremo y la jeringa elevadora en un vaso grande de agua, dejando la columna fuera y seca; empuja el émbolo de la elevadora hasta el fondo y encájala en el tubo sin sacarla del agua. Seca el conjunto.

   Comprueba: Empuja la de mando 2 cm: la elevadora sale 2 cm. Tira de la de mando: la elevadora vuelve a entrar. Si hay una holgura de más de 2–3 mm, hay aire: repite bajo el agua.
   Truco: Hay que pasar el tubo antes de conectar la elevadora: con una jeringa en cada extremo ya no puede atravesar la columna, porque las aletas no caben por el agujero de 24 mm.

6. Asegura las uniones

   Envuelve cada unión del tubo con la boquilla con 2 vueltas de cinta americana o aislante bien apretada, para que no se suelte al hacer fuerza.

7. Mete la jeringa en la columna

   Con la jeringa elevadora vacía (émbolo al fondo), baja su cuerpo por el agujero de la tapa con la boquilla hacia abajo mientras tiras suavemente del tubo desde la ranura, hasta que las aletas apoyen en la tapa. Sujeta las aletas a la tapa con dos tiras de cinta.

   Comprueba: El tubo sale por la ranura en curva suave, sin doblarse en ángulo, y no queda tirante.

8. Pega la columna a la base adulto

   Coloca la columna sobre su cuadrado de la base, con la ranura hacia la derecha, y pégala con un cordón de silicona por fuera, en las 4 caras.

9. Coloca las guías adulto

   Pega los tacos H sobre los agujeros de las guías (2 por agujero). Corta la punta de las brochetas, clávalas en los agujeros hasta tocar la capa de abajo y fíjalas con una gota de silicona.

   Comprueba: Mira las brochetas de frente y de lado: están verticales y separadas 80 mm.

10. Prepara la plataforma adulto

    Pega las dos capas D con las ondas cruzadas. Recorta 2 palitos de helado a 100 mm y pégalos por debajo, paralelos y centrados en las líneas de 28 y 72 mm: así dejan libre el centro para el émbolo y no tapan los agujeros. Mete los dos tramos de pajita E en los agujeros de 6,5 mm, sobresaliendo 25 mm por debajo, y pégalos con silicona.

    Comprueba: Los palitos no sobresalen de la plataforma y entre ellos cabe la cabeza del émbolo (34 mm libres).

11. Monta la plataforma adulto

    Ensarta las pajitas de la plataforma en las brochetas y bájala hasta que apoye en la cabeza del émbolo. Pega el centro de la plataforma a la cabeza del émbolo con un buen punto de silicona.

    Comprueba: La plataforma queda horizontal y sube y baja por las brochetas sin atascarse.

12. Pon el travesaño adulto

    Pega las 3 capas del travesaño F y encájalo en las puntas de las brochetas. Fíjalo con una gota de silicona en cada agujero.

13. Fija la jeringa de mando adulto

    Pega los dos soportes G de pie sobre sus marcas. Tumba la jeringa de mando en las muescas, con la boquilla hacia la columna, y sujétala con una goma elástica en cada soporte. Recoge el tubo sobrante en una curva suave.

    Truco: También puedes dejarla suelta y manejarla con la mano: así es más fácil hacer los experimentos.

14. Prueba sin carga

    Empuja despacio el émbolo de mando de 20 ml a 0 ml. La plataforma debe subir unos 6 cm de forma suave. Tira de él y la plataforma bajará.

    Comprueba: Por cada 1 cm de émbolo de mando, la plataforma sube 1 cm (jeringas iguales).

15. Sube una carga

    Pon en la plataforma un muñeco o un bote de 200–500 g y vuelve a empujar. Si sube a tirones o baja sola un poco, hay aire o una fuga: revisa las uniones.

¿Funciona? La prueba

Pon una regla vertical junto a la plataforma. Empuja el émbolo de mando de 2 en 2 ml y anota cuánto sube la plataforma. Repite con un bote de 500 g encima.

Qué debe pasar: Con dos jeringas de 20 ml la plataforma sube ≈ 3 mm por cada ml (unos 6 cm en total), suave y sin tirones. Con 500 g encima sube igual; solo cuesta un poco más empujar (≈ 5 N más de fuerza).

Si algo falla

• La plataforma sube a tirones o con retraso — Burbujas de aire en el circuito: el aire se comprime antes de empujar. Solución: Mete la jeringa de mando y el extremo del tubo en un vaso de agua, desconéctala, empuja y tira varias veces con la boquilla hacia arriba para sacar las burbujas y vuelve a conectarla llena sin sacarla del agua. Si la burbuja está en la elevadora, corta la silicona del travesaño F y quítalo, despega la plataforma de la cabeza del émbolo y sácala por arriba de las brochetas; después despega las aletas y saca la elevadora por la tapa. Desconéctala y vuelve a conectarla dentro de un vaso de agua como en el paso 5 (el tubo ya está pasado por la columna) y monta de nuevo la elevadora, la plataforma y el travesaño (pasos 7, 11 y 12).
• Pierde agua por la unión — Tubo demasiado ancho para la boquilla. Solución: Envuelve la boquilla con cinta de teflón antes de meter el tubo, o usa tubo de 3 mm de interior. Asegura con cinta americana o brida.
• Cuesta mucho empujar aunque no haya carga — Plataforma torcida que roza en las guías o émbolos duros. Solución: Comprueba que las brochetas están paralelas (el travesaño las fija a 80 mm). Si las pajitas rozan, agrándalas con un lápiz. Prueba otra jeringa más suave.
• No sube los 6 cm completos — La jeringa de mando no estaba a 20 ml o hay aire. Solución: Desconecta la jeringa de mando con el extremo del tubo dentro de un vaso de agua, llénala hasta 20 ml con la elevadora vacía (plataforma abajo) y vuelve a conectarla sin sacarla del agua.
• El tubo se dobla dentro de la columna y no pasa el agua — Columna demasiado baja: no hay sitio para la curva del tubo. Solución: Haz la columna 1–2 cm más alta (L + 50 mm) o usa tubo de silicona, que se dobla sin estrangularse.
• La plataforma se despega del émbolo al bajar — Poca superficie de pegado. Solución: Pega un disco de cartón de 30 mm en la cabeza del émbolo y luego la plataforma sobre ese disco, con más silicona.

Seguridad

• Usa solo jeringas sin aguja. Si compras en farmacia, pide jeringas sin aguja o retira la aguja un adulto y deséchala en un contenedor adecuado.
• No bebas el agua con colorante y no apuntes con las jeringas a la cara: si se suelta el tubo, el chorro puede salir con fuerza.
• La silicona caliente y el cúter son para el adulto.
• Las puntas de las brochetas pinchan: córtalas antes de clavarlas.
• Seca el agua derramada para no resbalar y vacía el circuito al terminar si no se va a usar en días.

La ciencia detrás

Para los niños

Intenta aplastar un globo de agua: el agua no se deja hacer más pequeña, se escapa por otro lado. Por eso, cuando empujas el émbolo, el agua no se encoge: viaja por el tubo y empuja el otro émbolo, que sube la plataforma. Es como empujar una fila de canicas dentro de un tubo: empujas una y sale otra por el otro extremo. Si hay aire dentro, el aire sí se aplasta como un cojín, y por eso el ascensor va a saltos.

Para el adulto

El principio de Pascal establece que una variación de presión en un fluido confinado se transmite íntegramente a todo él. La fuerza F₁ sobre el émbolo de mando de área A₁ crea una presión p = F₁/A₁ que actúa sobre el émbolo elevador: F₂ = p·A₂ = F₁·(A₂/A₁). Como el agua es prácticamente incompresible (módulo de compresibilidad ≈ 2,2 GPa), el volumen desplazado es el mismo: A₁·x₁ = A₂·x₂. Con dos jeringas iguales de 20 ml (A ≈ 3,1 cm²) la relación es 1:1. Una carga de 500 g (≈ 4,9 N) supone solo ≈ 16 kPa, muy por debajo de lo que aguantan las uniones; la mayor parte de la fuerza que notas es el rozamiento de las dos gomas de los émbolos (2–5 N cada una). Si el émbolo elevador fuera tres veces más ancho en área (por ejemplo, mando de 5 ml y elevador de 20 ml ≈ 1:3), con la misma fuerza de la mano levantarías el triple de peso, pero recorrería un tercio: el trabajo F·x se conserva, menos las pérdidas. El aire, en cambio, se comprime según la ley de Boyle (p·V = constante), por lo que una burbuja actúa como un muelle: almacena energía, retrasa el movimiento y produce tirones. Las guías eliminan grados de libertad: sin ellas la plataforma podría girar o inclinarse y cargar el émbolo de lado, aumentando el rozamiento.

• hidráulica: técnica que usa líquidos para transmitir fuerza y movimiento.
• presión: fuerza repartida sobre una superficie.
• émbolo: pieza que se mueve dentro de un cilindro empujando el líquido.
• incompresible: que no se puede apretar para que ocupe menos sitio, como el agua.
• guía: pieza que obliga a otra a moverse en una sola dirección.

Por edades

• 5–7 años: El adulto monta la columna, las guías y llena el circuito. El niño decora, pega la plataforma con cola, colorea el agua y maneja el ascensor subiendo muñecos. Mensaje: «el agua empuja».
• 8–10 años: Montan la estructura y llenan el circuito bajo el agua con ayuda. Que descubran ellos qué pasa cuando hay una burbuja y cómo sacarla.
• 11–12 años: Montaje completo y medición: tabla de ml contra mm de subida y experimento con jeringa de 5 ml, calculando la relación de áreas con el diámetro interior de cada jeringa (A = π·r²).

En grupo o en clase

Equipos de 3, un ascensor por equipo (≈ 2–3 € en jeringas y tubo por equipo). Antes: cortar bases, columnas y plataformas con cúter, y preparar en una estación común 2–3 barreños con agua de color y papel de cocina. Sesión de 90 min: 10 min demostración del principio con dos jeringas sueltas, 60 min montaje (el llenado se hace por turnos en la estación de agua con un adulto), 20 min concurso de subir el mayor peso. Ten jeringas y tubo de repuesto.

Retos

• Haz que la plataforma suba 10 cm con jeringas de 20 ml (pista: dos jeringas de mando conectadas con una pieza en T).
• Añade un freno: una pinza de la ropa que pellizque el tubo y mantenga la plataforma arriba con carga.
• Construye una puerta que se abra con otra jeringa cuando el ascensor llega arriba.
• Sube 1 kg con la mínima fuerza posible y mide esa fuerza con una báscula de cocina.

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