PROYECTO CARRO HIDRÁULICO.

Angie Paola Buitrago SalazarCód. 27748

Angie Paola CalderónCód. 28063

Grupo12M

Javier Bobadilla.Docente.

Universidad ECCI (Escuela Colombiana de Carreras Industriales)Física Mecánica.

Bogotá, D.C2014.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar un carro hidráulico con ayuda de materiales reciclables (plásticos, cartón, trozos de

madera, tapas de botella, entre otros) con el fin de obtener una estructura impulsada por

agua y aire, basándose en: la primera ley de newton “Ley de inercia”, la segunda ley de

Newton “Dinámica clásica”, la tercera “Acción-reacción”. El reto principal del carro es

tener la capacidad de recorrer un espacio donde están ubicadas dos rampas (50 cm entre

ellas), sin volcarse, desviarse o dañar su sistema y caer a la siguiente rampla con sus cuatro

ruedas.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Construir un carro hidráulico con materiales reciclables que logre impulsarse por la

presión que genera el agua, además que tenga la capacidad de saltar sobre un par de

rampas para llegar de un extremo a otro.

2. Relacionar el concepto de la energía y las leyes de newton para determinar las

características que necesita el carro hidráulico, además de manejar los conceptos

para otros sucesos cotidianos que estén ligados.

3. Calcular las magnitudes precisas (peso, longitud y tiempo), para superar las fases de

la competencia, (desde los 50 cm).

ANTECEDENTES

HIDRÁULICA

La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.

La hidráulica consiste en utilizar un líquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.

La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbón.

Este proyecto fue elaborado en el 2012 por: Cristian Steven Sequera Salazar y Daniela Esperanza Rodríguez.El objetivo de este proyecto fue crear un carro hidráulico con una botella plástica de 600 ml, que tuviera la fuerza necesaria mediante la presión ejercida del aire en el agua contenida en la botella tuviera la fuerza de saltar una rampla a una distancia de 15 cm y poder llegar a la otra sin perder el control en el impacto de la caída.El resultado obtenido en la elaboración del carro fue que a pesar de tener bien la presión por un error en la alineación de las llantas y el tamaño en ellas para que no se volcará.

En la universidad ECCI se ha presenciado por parte de Física Mecánica varios proyectos con la misma temática de los “Carros Hidráulicos”.

Este proyecto se realizó en el 2012 en la ECCI por: Luz Miriam Peña Díaz y Claudia Nataly Albarracín.Lo primordial en el proyecto es crear un carro que funcione sin gasolina ya que la reacción química que se da con la gasolina es CO2 (Dióxido de Carbono), esta llega a la atmosfera y allí se da lo que llamamos el efecto invernadero, esto causa un desequilibrio ambiental.El resultado que tuvo esta investigación fue “Hicimos varios experimentos con distintos niveles de agua para examinar en cual el carrito alcanzaba su distancia máxima y llegamos a las siguientes conclusiones: De 300ml a 500 ml de agua es donde el carrito alcanza su máxima distancia recorrida que son un poco más de 10m. Más de 500ml de agua, el carro disminuye su alcance inversamente

proporcional al nivel de agua que se le eche. Menos de 300ml de agua, el carro disminuye su alcance inversamente proporcional al nivel de agua que se le eche”

Este proyecto lo realizo Yuri Paola Rodríguez Cortes en el 2013 en la ECCI.El objetivo es construir con material reciclable un carro hidráulico el cual nos permitirá construir con creatividad un diseño dinámico, la construcción del carro nos permitirá analizar he investigar los principios básicos de la física”El resultado y las conclusiones que se dieron durante el proyecto fueron: “

MARCO HISTORICO.

Las primeras aplicaciones que tuvo la Hidráulica en la sociedad fueron la  Rueda Nonia y el molino de viento; que  son artefactos impulsados por palancas  con ayuda de fuerzas como las del viento y el agua. Estos mecanismos facilitaron el modo de vida de la época y además familiarizaron al hombre  con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energía de una forma  empírica.

Los antiguos egipcios en el siglo II a.C 

Construyeron la primera bomba, que se utilizaron para embalsamar monias.Se llamo bomba de doble efecto.

En el siglo XV, Leonardo Da Vinci

Su escrito sobre flujo de agua y estructuras para rios, fue la base para la construcción de instalaciones hidráulicas ejecutadas en Milán y Florencia. Estos eran los acueductos utilizados por ellos.

1612,Galileo Galilei

Crea un sistema para medir el movimiento del agua en el cual un líquido sube a través de un agujero.

1643, Torriceli (Alumno de Galileo)

Enuncia la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Además creo el Barómetro el cual tiene como objetivo la medición de la presión atmosférica.

1650, Blaise Pascal

Formula la ley de distribución de la presión de un liquido; en donde dice que al encajar un líquido en un tubo con una fuerza está de podría duplicar hasta 10 veces más según su medida cilíndrica. Igualmente descubre la comprobación de que la potencia del vació se debe al peso de la atmósfera.

Newton

por su parte da una introducción de viscosidad en los fluidos como el aceite y el agua ; y los fundamentos de la teoría de hidrodinamica.Hasta la mitad del siglo

La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía.

1738, Daniel Bernoulli.

Formula la ley fundamental del movimiento de los Fluidos que da relación entre presión, velocidad y cabeza del fluido; propuso que la presión atmosférica se notaba más cuando en un recipiente hay un agujero y el agua sale con menos presión y más fuerza y que la presión es mayos cuando la altura del recipiente es mayor.

Leonard Euler   

Desarrolla ecuaciones diferenciales generales del flujo para los fluidos no viscosos. Esto marco el análisis de la Mecánica de Fluidos. Asimismo creó la ecuación general para todas las maquinas hidráulicas rota dinámicas, y los fundamentos de la teoría de la flotación.

Joseph Braham

Construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.

Siglos XVII Y XIX.

Se caracterizó por la acumulación de datos experimentales y por la determinación de factores de corrección para la ecuación de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad.

1850-

Las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energía hidráulica, la cual era distribuida a grandes distancias por tuberías hasta las fábricas donde accionaban molinos, prensas, laminadores y grúas.

La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbón.

En Colombia,

Desde finales del siglo XIX, se comenzó a estructurar el sistema energético colombiano, se identificó el potencial que se tenía para generar electricidad a partir de la fuerza del agua. Hoy, después de más de 122 años desde que se instalaran las primeras plantas hidroeléctricas en Santander, Antioquia y Cundinamarca, esta fuente de generación continúa dominando el mercado energético nacional como una de las más limpias y económicas.

El aprovechamiento de una oferta hídrica de más de 2.084 km3 para la generación de electricidad, le ha permitido a Colombia consolidarse como el quinto país más competitivo en generación energética, por encima de importantes economías como Brasil, Estados Unidos o Gran Bretaña. Una de las claves para alcanzar esta posición, entre más de 146 países, es la actual composición del parque de generación, en el cual las plantas hidroeléctricas grandes y pequeñas participan con un 63% del total de la capacidad instalada nacional, la cual actualmente supera los 14.000 MW. En condiciones normales, cuando la demanda alcanza más de 9.000 MW, las centrales hidráulicas pueden producir hasta el 80% de la energía necesaria.

La poca planeación en una época de sequía inminente, como ocurrió en 1992 durante el

fenómeno de El Niño, además de los problemas políticos y económicos de la industria de

generación eléctrica, se convirtieron en los factores decisivos para que el Gobierno optara

por reestructurar este sector. Con esta reforma, el Estado pasó de administrar estas

empresas a vigilar y regular las operaciones dentro de la industria, que desde ese entonces

adoptó un modelo de mercado de competencia minorista y permitió la entrada de privados.

Esta transformación permitió que Colombia desarrollara un sector más robusto, ahora

conformado por grandes jugadores, que en general han sabido trabajar para tener un

negocio preparado para afrontar los eventuales fenómenos naturales a los que el país está

expuesto, al respaldar sus operaciones hídricas con centrales de generación térmica para

evitar que los embalses se sequen en temporadas de verano. “Con las reformas

contempladas en la Constitución de 1991 y posteriormente con la Ley de Servicios Públicos

y la Ley Eléctrica de 1994, se le dio entrada a los privados a una industria en la que el

Estado era el único actor. Gracias a estas modificaciones el sector energético comenzó vivir

un segundo tiempo muy positivo en su historia. Pasó de estar en crisis a convertirse en una

de las bases de la economía y desarrollo nacional”, dijo Germán Castro Ferreira, director

ejecutivo de la CREG una entidad adscrita al Ministerio de Minas y Energía y que está

encargada de la regulación económica de los servicios públicos.

MARCO TEÓRICO.

La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la

ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos. Todo

esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que esté

sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de este.

La dinámica es la parte de la física (específicamente de la mecánica clásica) que describe

la evolución en el tiempo de un sistema físico en relación con las causas que provocan los

cambios de estado físico y/o estado de movimiento. El objetivo de la dinámica es describir

los factores capaces de producir alteraciones de un sistema físico, cuantificarlos y plantear

ecuaciones de movimiento o ecuaciones de evolución para dicho sistema de operación.

Hidráulica y dinámica, usando las bases de la fuerza hidráulica y las bases de la dinámica,

analizando el peso del carro y la distancia que queremos que recorra, lograremos que por

medio de la presión ejercida por el aire dentro de la botella de plástico al agua, al dejar salir

el agua con esta presión moverá el carro haciendo que logre avanzar hasta la rampa, subirla

y luego bajar por la siguiente rampa.

Movimiento parabólico. Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto

cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un

proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a

un campo gravitatorio uniforme. Aplicaremos esta teoría en el movimiento del carro

hidráulico ya que la trayectoria que deberá recorrer de rampa a rampa formara un

movimiento parabólico.

Tercera ley de Newton, Acción - Reacción: El experimento del Carro Hidráulico se

relaciona con la Tercera Ley de Newton ya que según la fuerza que genere el agua, sedará

una reacción de igual fuerza al movimiento que tendrá el auto, esto le permitirá andar en

línea recta hasta la rampa, subirla y llegar hasta la otra rampa en perfecta posición.

ELABORACION DEL CARRO HIDRÁULICO.

MATERIALES

Palos de balsoCartón pajaSiliconaManguera (Resbalaran las llantas)BotellaVálvulaLlantas

PROCEDIMIENTO.

El carro hidráulico se diseñó con 4 palos de balso los cuales llevan una medida de 10cm con una botella de 1000mlt  con cartón paja cortado con unas medidas de ancho de 10cm de largo 15cm con un ángulo de 45º las llantas están separadas del cartón 2cm de cada lado las llantas estaban sujetadas por una manguera y cinta de enmascarar la botella se pegó con silicona liquida.

CONCLUSIONES.

Se hicieron varias practicas con distintos niveles de agua para examinar en cual el carrito alcanzaba su distancia máxima y llegamos a las siguientes conclusiones:-De 300ml a 500 ml de agua es donde el carrito alcanza su máxima distancia recorrida que son un poco más de 10 m-Más de 500ml de agua, el carro disminuye su alcance inversamente proporcional al nivel de agua que se le eche-Menos de 300ml de agua, el carro disminuye su alcance inversamente proporcional al nivel de agua que se le eche.En el momento de la prueba final faltó ampliar las ruedas para que tuviera un mejor equilibrio.Uno de las conclusiones importantes que nos dejó este proyecto es que al momento de es que en cualquier tipo de proyecto.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. 

BIBLIOGRAFIA.

Creus Solé, Antonio. Neumática e hidráulica, 2011

Ortiz Flórez, Ramiro. Hidráulica: generación de energía; coordinación editorial Adriana Gutiérrez M, 2011

García Díaz, Rafael. Manual de fórmulas de ingeniería. 2010

WEBGRAFIA.

http://es.slideshare.net/karenliz23/carro-hidraulico

http://es.slideshare.net/NATALYALBARRACIN/carro-impulsado-por-agua-y-aire

http://es.slideshare.net/alyvar26/mi-carro-hidraulico