Post on 27-Jan-2016
description
UNIVERDIDAD TECNICA PARRTICULAR DE LOJA
AREA TECNICA
INTEGRANTES:
Christian Macas
Junior Morocho
Viviana Orosco
Pedro Pinta
TEMA:
Brazo Hidráulico
COMPONENTE ACADEMICO:
Física
TUTOR:
Ing. Javier Carrión M
Loja – Ecuador
2012 - 2013
OBJETIVO GENERAL:
Construcción y operación de un brazo mediante un sistema hidráulico.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
-Demostrar la aplicación de fuerzas mediante fluidos así como también la presión hidrostática.
-Demostraremos que el brazo hidráulico posee el mismo proceso de la prensa hidráulica ya que
esta levanta grandes masas con pequeña fuerzas.
ANTECEDENTES
El distinguido matemático, físico, filósofo y escritor francés Blaise Pascal nació el 19 de junio de
1623 en Clermont-Ferrand, Auvernia
Estudiando las obras de Evangelista Torricelli sobre la presión atmosférica, reprodujo sus
experimentos sobre el vacío y verificó sus conclusiones acerca del efecto de la presión atmosférica
sobre el equilibrio de los líquidos.
Estudios posteriores lo llevaron a inventar la prensa hidráulica y la jeringa, así como a descubrir la
Ley de Pascal “La presión ejercida sobre un líquido se transmite por igual en todas las direcciones.
PRECURSOR DE LA PRENSA HIDRAULICA:
Joseph Bramah (13 de Abril 1748 – 9 de Diciembre 1814), nacido Stainborough Lane Farm
Wentworth, Yorkshire, Inglaterra. Fue un inventor y cerrajero. Él es mejor conocido por haber
inventado la prensa hidráulica. Junto con William George Armstrong, puede ser considerado uno de
los dos padres de la ingeniería hidráulica.
La prensa hidráulica depende del principio de Pascal, que la presión a lo largo de un sistema
cerrado es constante. La prensa tiene dos cilindros y pistones de diferentes zonas de la sección
transversal. Si se ejerce una fuerza sobre el pistón más pequeño, esto se traduzca en un mayor vigor
en la más grande del pistón. La diferencia de las dos fuerzas será proporcional a la diferencia en el
área de los dos pistones.
En efecto, el acto de los cilindros de la misma manera que una palanca se utiliza para aumentar la
fuerza ejercida. Bramah se concedió una patente por su prensa hidráulica de 1795. Bramah la
prensa hidráulica se ha convertido en muchas aplicaciones industriales y sigue hasta el día de hoy.
En el momento de ingeniería hidráulica fue una casi desconocida ciencia, y Bramah (con William
George Armstrong) es uno de los dos pioneros en este campo.
Apareció basándose en el descubrimiento de la prensa hidráulica de Pascal la cual permite levantar
grandes masas con pequeñas fuerzas que se aplica en el brazo hidráulico. En la antigüedad por la
necesidad de construir grandes edificaciones crearon una herramienta para levantar y transportar
grandes masas que utilizaban para la construcción; esta herramienta era un brazo de madera que
giraba sobre un eje para poder levantar y llevar el material de un lugar a otro.
El brazo constaba de un sistema de poleas que por la fuerza de los trabajadores que jalaban las
cuerdas le permitía levantar al material y luego bajarlo cuando se disminuía la fuerza. Con el
transcurso de los años este brazo fue adquiriendo mejorías tanto en materiales como en su
funcionamiento. Cuando Pascal descubre la prensa hidráulica estos brazos cambiaron radicalmente
ya que se comenzaron a utilizar un sistema parecido a la prensa hidráulica, las cuales permitían
levantar grandes pesos con menos esfuerzo.
En nuestra época estos brazos hidráulicos son utilizados para diferentes objetivos como son: para
las construcciones, para el transporte de carga, para la simulación del funcionamiento de las partes
del cuerpo humano como dedos, antebrazos, brazos, piernas, etc.
MARCO TEORICO
FLUIDOS
CONCEPTO:
Es la parte de la física que estudia la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, tanto como sus
aplicaciones y mecanismos que se aplican en los fluidos. Es la parte de la mecánica que estudia el
comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica). Esta es una
ciencia básica de la Ingeniería la cual tomó sus principios de las Leyes de Newton y estudia la estática, la
cinemática y la dinámica de los fluidos.
Se clasifica en:
-Estática: De los líquidos llamada Hidrostática. De los gases llamada Aerostática.
- Cinemática: De los líquidos llamada Hidrodinámica. De los gases llamada Aerodinámica.
HIDROSTATICA:
La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica, que estudia los fluidos en estado
de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales
teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de
Arquímedes
PRINCIPIO DE PASCAL:
En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada
por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se
resume en la frase: “el incremento de presión aplicado a una superficie
de un fluido incompresible (líquido), contenido en un recipiente
indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes
del mismo”. Es decir que si en el interior de un líquido se origina una
presión, estas se transmiten con igual intensidad en todas direcciones
y sentidos. En el sistema internacional, la unidad de presión es 1 Pascal
(Pa), que se define como la fuerza ejercida por 1 newton sobre la
superficie de 1 metro cuadrado.
PRESION HIDROSTATICA:
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes, sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre
la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en
fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto
sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes
de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de
la densidad del líquido en cuestión
DENSIDAD DE LOS FLUIDOS:
La densidad de una sustancia se define como el cociente de su masa entre el volumen que ocupa. La
unidad de medida en el S.I. de Unidades es kg/m3, también se utiliza la unidad g/cm3.
SUSTANCIADENSIDAD EN
Kg/m3
Aceite 920
Acero 7850
Agua 1000
Aire 1,3
Alcohol 780
Aluminio 2700
Caucho 950
Cobre 8960
Cuerpo Humano 950
Gasolina 680
Helio 0,18
Madera 900
Mercurio 13580
Sangre 1480-1600
Tierra (Planeta) 5515
Vidrio 2500
PISTONES
CONCEPTO DE PISTON:
Se denomina pistón Se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes del cilindro
mediante aros flexibles llamados segmentos. Efectúa un movimiento alternativo, obligando al fluido
que ocupa el cilindro a modificar su presión y volumen o transformando en movimiento el cambio
de presión y volumen del fluido. En todas las aplicaciones en que se emplea, el pistón recibe o
transmite fuerzas en forma de presión de a un líquido o de a un gas.
TRANSMISION DE POTENCIA:
Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada
en el fluido por su la densidad ejerciendo una fuerza de empuje en el pistón B. Según la ley de Pascal
la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en
el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de
A y B son iguales y sin importar el ancho o largo de la distancia entre los pistones, es decir por
donde transitará el fluido desde el pistón A hasta llegar al pistón B.
APLICACION DE POTENCIA EN JERINGAS:
El largo cilindro de la figura puede ser dividido en dos cilindros individuales del mismo diámetro y
colocados a distancia uno de otro conectados entre si por una cañería. El mismo principio de
transmisión de la fuerza puede ser aplicado, y la fuerza desarrollada en el pistón B va ser igual a la
fuerza ejercida por el pistón A. En el siguiente gráfico podemos observar la versatilidad de los
sistemas hidráulicos y/o neumáticos al poder ubicarse los componentes aislantes no de otro, y
transmitir las fuerzas en forma inmediata a través de distancias considerables con escasas
perdidas. Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posición. Aun doblando esquinas, pueden
transmitirse a través de tuberías relativamente pequeñas con pequeñas perdidas de potencia.
CONSTRUCCION DEL BRAZO HIDRAULICO
MATERIALES Y PARTES:
JERINGAS: serán utilizadas para hacer funcionar el brazo hidráulico ya que gracias a ellas el brazo
tendrá movimiento y es lo más esencial que necesita el brazo para funcionar.
CLAVOS: serán utilizados para poder construir el carrito del brazo, también para fijar los rieles en la
base y también como eje de gira miento del brazo hacia los lados.
TORNILLOS Y TUERCAS: Los tornillos serán utilizados como pasadores para que el brazo se mueva
de arriba hacia abajo, mientras que las tuercas se fijaran a los tornillos para sostenerlos.
MADERA: es lo esencial para poder elaborar el brazo hidráulico ya que gracias a la madera se podrá
dar forma al brazo y construir el carrito para que tenga movilidad horizontal.
MANGUERAS DE SUERO: se utilizara para unir las jeringas para poder darle movimiento al brazo,
también se utilizara para que pase el líquido de una jeringa a otra.
AGUA: será utilizado para demostrar que un líquido con poca densidad es necesario aplicar mayor
fuerza.
PINTURA: se utilizara para darle color al brazo.
LIJAS: se utilizara para lijar la madera y quitar las astillas que esta tenga.
MATERIAL SUMINISTRADO
APLICACION MATERIAL CANTIDAD MEDIDAS
BASE MADERA 1 28x28 cm
PRIMER BRAZO MADERA 3 10x25 cm
SEGUNDO BRAZO MADERA 1 7x25 cm
PALA CARGADORA MADERA 1 11x11 cm
SOPORTE DE
JERINGASMADERA 1 4x20 cm
PORTA SOPORTES MADERA 1 6x22.5 cm
SOPORTE DE
JERINGASMADERA 1 6x7.5 cm
PALA CARGADORA MADERA 1 6x15 cm
SEPARADOR MADERA 1 5x15 cm
TUERCAS HIERRO 18 M4
TORNILLOS HIERRO 10 M4
ABRAZADERAS PVC 3
JERINGAS PLASTICO 2 10ml
JERINGAS PLASTICO 4 20ml
ALAMBRE HIERRO 1
CLAVOS HIERRO ½ onza
Materiales Precio
Jeringas $2.00
Clavos $0.30
Tornillos y tuercas $4.00
Madera $5.00
Mangueras de Suero $2.00
Pintura $4.00
Lijas $0.50
Alambre $0.75
PRESUPUESTO:
DEMOSTRACION ANALITICA:
P= fA
F1
A1
=F2
A2
V mp=f 2
f 1
V mt=A2
A1
Calculo del área del pistón (20 ml):
D= 1.8 cm A=π r2
R= 0.9 cm A=π (0.9cm)2
A=2.54cm2
Calculo del área del pistón (10 ml):
D= 1.5 cm A=π (0.75cm)2
R= 0.75 cm A=1.77cm2
Calculo de la fuerza:
Utilizando un cuerpo de masa 11.5 Kg logramos que la jeringa se desplazara, como
resultado el brazo mecánico completara su movimiento.
M= 11.5 kg
Como 1kg es igual a 9.8 N entonces:
f=112.7N
Ahora calculamos la presión en la jeringa de 20ml
P= 112.7 N
0.000254m2
P=443700.79 Pa
Calculamos la fuerza que se produce en el piston de 10ml producto de aplicar la fuerza
antes mencionada:
F1
A1
=F2
A2
F2=F1 . A2
A1
F2=(112.7 N ) .(0.000177m2)
0.000254m2
F2=78.54N
Calculo de la Ventaja Mecánica práctica:
V mp=f 2
f 1
V mp=78.54N112.7 N
V mp=0.7
Calculo de la Ventaja Mecánica Teórica:
V mt=A2
A1
V mt=0.0001770.000256
V mt=1.43
CONCLUSIONES:
Para concluir se puede decir que la hidráulica aplicada en máquinas con un brazo hidráulico nos pueden ayudar a el transporte de cosas pesadas o pequeñas ya que los métodos actuales no son muy bien utilizados aunque si estas pudieran girar hasta 360º sería mejor porque el transporte de la mercancía sería más eficiente y segura siguiendo los principios básicos como los de pascal ya que estos nos dan un modo eficiente para la realización de trabajos de carga de objetos o muy pequeños o muy pesados.