COMO CONSTRUIR UN BRAZO HIDRAULICO
PROYECTO REALIZADO POR:
Bryan Efraín Alvarez Jimenéz
Kevin Nahúm Romero Cruz
INDICE
o OBJETIVO PRINCIPAL
o OBJETIVOS ESPECIFICOS
o BLAISE PASCAL
o PRECURSOR DE LA PRENSA HIDRAULICA
o EVOLUCION DE LA PRENSA Y GATA HIDRAULICA
o ORIGEN DEL BRAZO HIDRAULICO
o GRAFICOS DE APLICACION DEL PRINCIPIO DE PASCAL
o CONCEPTO
o HIDROSTATICA
o PRINCIPIO DE PASCAL
o PRESION HIDROSTATICA
o DENSIDAD DE LOS FLUIDOS
o CONCEPTO DE PISTON
o TRANSMISION DE POTENCIA
o APLICACION DE POTENCIA EN JERINGAS
o CONCEPTO DE PALANCA
o PRINCIPIO DE GALILEO GALILEI
o TIPOS DE PALANCAS
o APLICACION DE LAS PALANCAS AL BRAZO HIDRAULICO
o APLICACION DE LOS MOVIMIENTOS AL BRAZO HIDRAULICO
o MATERIALES Y PARTES
o ARMADO
o BRAZO HIDRAULICO TERMINADO
o FUNCIONAMIENTO DEL BRAZO TERMINADO
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL:
Construcción y operación de un brazo mediante un sistema hidráulico.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
-Demostrar la aplicación de fuerzas mediante fluidos, también demostraremos que posee movimiento de rotación, presión hidrostática, energía cinética, tensiones, trabajo-potencia-energía.
-Demostraremos que en el brazo hidráulico es el mismo proceso de la prensa hidráulica ya que esta levanta grandes masas con pequeña fuerzas.
NTRODUCCION
BLAISE PASCAL:
El distinguido matemático, físico, filósofo y escritor francés Blaise Pascal nació el 19 de junio de 1623 en Clermont-Ferrand, Auvernia, entonces una pequeña población de 9,000 habitantes. Su padre, Etienne Pascal, magistrado y presidente de la Corte de Auvernia, se dedicaba a juzgar los pleitos en materia de impuestos. Era un hombre educado y culto, considerado un intelectual. En particular, dominaba las Matemáticas.
Etienne Pascal decidió no mandar a su hijo a la escuela sino educarlo él mismo de una manera que podríamos llamar “liberal”. Le enseñó Gramática, Latín y Español, según un método original. El niño era extraordinariamente precoz; tenía una mente brillante, aunque también un físico débil y enfermizo. El padre, asombrado de la facilidad con que su hijo aprendía, intentó mantenerlo en una relativa tranquilidad para que su salud no se quebrantara por lo que decidió que Blaise no estudiara Matemáticas antes de los 15 años, pero por la curiosidad del niño quiso saber lo que era la Geometría. Su padre le hizo una clara descripción y Pascal creyó adivinar repentinamente su verdadera vocación.
Su primera hazaña espectacular fue demostrar por su iniciativa y sin la sugestión de ningún libro que la suma de los ángulos de un triángulo es igual a dos ángulos rectos. Esto lo alentó a continuar con sus investigaciones. Blaise Pascal tenía 14 años cuando fue admitido en las discusiones científicas semanales dirigidas por Mersenne en donde presentó sus primeros descubrimientos sobre geometría descriptiva. Contenía una serie de teoremas, incluyendo el que se conoce como hexágono de Pascal, uno de los más bellos teoremas de toda la Geometría.
A los 18 años, el joven Blaise, que tenía ya fama de prodigio matemático, inventó y construyó, para ayudar a su padre en sus cálculos aritméticos, la primera máquina sumadora de la historia, precursora de las calculadoras. La llamó Pascalina, era mecánica y tenía un sistema de engranes, cada uno con 10 dientes; en cada diente había grabado un dígito entre el 0 y el 9. Cuando la suma en un engrane excedía el número 9, automáticamente el engrane inmediato a la izquierda se movía un décimo de vuelta, aumentando en 1 la cantidad que representaba. Así, Blaise Pascal logró resolver el problema del acarreo de dígitos para las máquinas sumadoras. Sin embargo, la Pascalina sólo podía sumar y restar, mientras que las operaciones de multiplicación y división eran implementadas realizando una serie de sumas o restas.De hecho, la máquina aritmética realmente sólo podía sumar, porque las sustracciones eran realizadas usando técnicas complementarias, en las que el número que será restado es primero convertido en su complemento, que entonces se suma al primer número. Lo interesante es que las modernas computadoras emplean técnicas complementarias similares.
Pascal creó otras cincuenta máquinas durante los siguientes diez años y algunos esbozos de sus modelos se emplearon en las modernas calculadoras mecánicas de mediados del siglo XX. Pascal seguía intelectualmente muy activo, pese a que todo su aparato digestivo funcionaba mal, continuaron sus jaquecas y además sufrió parálisis temporales de las piernas. Su grandeza científica dio nuevos destellos en el año 1648, en una dirección completamente nueva. Empezó a interesarse por la Física y en especial por la Hidrostática, que estudia el equilibrio de los fluidos.
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. Su hermana Gilberte había contraído matrimonio con Florien Périer. Por sugerencia de Pascal, su cuñado realizó el experimento de transportar un barómetro hasta la montaña Puy-de-Dôme y observó que la presión que el aire ejercía en la cumbre era menor que la existente al pie de la misma. Más tarde, Pascal repitió el experimento por sí mismo. Estos ensayos facilitaron la invención de barómetros, altímetros y manómetros e hicieron surgir la idea de que era posible ascender en el espacio utilizando globos llenos de aire caliente o gases ligeros. 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.” El principio se usa en dispositivos que multiplican una fuerza aplicada y la transmiten a un punto de aplicación, como el gato hidráulico y los frenos hidráulicos.
Poco después, la familia recibió la visita de René Descartes. Él y Pascal charlaron acerca de muchas cosas, pero hubo poca cordialidad entre los dos. Para empezar, Descartes se oponía abiertamente a creer que el famoso ensayo de las cónicas hubiera sido escrito por un muchacho de 16 años. Además, no creía en el vacío y más tarde le escribió a Huygens que más bien Pascal tenía mucho vacío en la cabeza, un comentario cruel.
En 1951 su padre murió y las dulces relaciones con sus hermanas se convirtieron en discordia por la división de las propiedades que Blaise se encargó de administrar. Antes de desechar para siempre las torturas de la carne y de la mente, Blaise Pascal completó su más importante contribución a las Matemáticas, el Cálculo de Probabilidades, creado junto con Pierre de Fermat en una interesante y abundante correspondencia durante el año 1654. El científico francés se ocupó de las propiedades del triángulo aritmético hoy llamado de Pascal y que da los coeficientes de los desarrollos de las sucesivas potencias de un binomio; su tratamiento de dicho triángulo en términos de una "geometría del azar" lo convirtió en uno de los fundadores del cálculo matemático de probabilidades.
En la creación que hizo junto con Fermat de la teoría matemática de la probabilidad, Pascal descubrió un nuevo mundo al plantear y resolver un problema importante, el de llevar al puro azar, que superficialmente parece no obedecer a leyes, al dominio y la ley del orden, de la regularidad. Pascal meditaba en el matrimonio cuando el 23 de noviembre de 1654 guiaba un coche de cuatro caballos y éstos se espantaron, saltando el parapeto del puente de Neuilly. Por fortuna, el coche no cayó y quedó colgando sobre el río Sena. El matemático fue rescatado sin ninguna herida física, pero el accidente lo afectó mucho psicológicamente. El 19 de agosto de 1662, su infortunada existencia terminó entre terribles dolores y convulsiones, víctima de un tumor maligno en el estómago que luego se propagó al cerebro.
Murió a la edad de 39 años, después de recibir en un éxtasis de alegría el Sacramento de la Extremaunción. El análisis post mortem reveló una grave lesión en el cerebro y mostró que había nacido con un cráneo deforme. En honor a su legado, su nombre fue utilizado para la unidad de presión Pascal es definida como la que ejerce una fuerza de 1 Newton sobre una superficie de 1 metro cuadrado y su símbolo es Pa.En computación, el Pascal es uno de los lenguajes de programación de alto nivel. Desarrollado por Niklaus Wirth, profesor del Instituto Tecnológico de Zurich, Suiza, en 1968, sigue todavía vigente hoy en día. Su nombre fue escogido en honor al famoso matemático. En la Luna hay un Cráter Pascal. Muchas calles y escuelas del mundo llevan el nombre del gran Blaise Pascal.
PRECURSOR DE LA PRENSA HIDRAULICA:
Joseph Bramah (13-Abril-1748 – 9-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 pequeños, 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 han convertido en muchas aplicaciones industriales y sigue hasta el día de hoy. En el momento de ingeniería hidráulica fue un casi desconocida ciencia, y Bramah (con William George Armstrong) es uno de los dos pioneros en este campo.
EVOLUCION DE LA PRENSA Y GATA HIDRAULICA:
En el inicio se utilizaban prensas manuales, las cuales poseían un sistema de tornillo o perno el cual giraba gracias a la fuerza humana. La prensa hidráulica, desarrollada hacia 1770 por el industrial inglés Joseph Bramah (1749-1814), es un aplicación directa del principio de Pascal. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido.
La fuerza que actúa en la superficie del émbolo menor se transmite a través del fluido hacia el otro émbolo, dando lugar a una fuerza mayor que la primera (en la misma proporción que la superficie de ambos émbolos). Esta primera prensa hidráulica conseguía presiones relativamente pequeñas y no era utilizable para la deformación de metales. Fueron los hermanos Perier quienes, algunos años más tarde, desarrollaron la máquina de Bramah permitiendo alcanzar presiones más altas (sobre 70 kg/cm2), haciéndola apta para trabajos más duros, como el acuñado de monedas o la deformación de plomo.
Sin embargo, la aplicación de la prensa hidráulica para el trabajo del hierro no se produce hasta mediados del siglo XIX, especialmente tras la aparición del modelo desarrollado por el austriaco Haswell, de mucho mayor tamaño y capacidad de presión. A partir de entonces la prensa hidráulica, gracias a la altísima fuerza resultante conseguida, se generaliza para operaciones de elevadas solicitaciones, como el embutido profundo.
Luego esta fue evolucionando hasta llegar a utilizar un sistema de palancas ejercidas por la fuerza humana las cuales utilizaban válvulas que reemplazaron al tornillo o perno.
Luego con el avance tecnológico fueron evolucionando el sistema de palancas hasta llegar a obtener las actuales que siguen funcionando a base de la fuerza humana ejercida, pero han reducido su tamaño y la capacidad de levantar un objeto ha aumentado.
ORIGEN DEL BRAZO HIDRAULICO:
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.
GRAFICOS DE APLICACION DEL PRINCIPIO DE PASCAL:
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.
| SUSTANCIA | DENSIDAD 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 |
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.
MOVIMIENTOS DEL BRAZO HIDRAULICO
El movimiento vertical consiste en desplazar arriba o abajo nuestro centro de masas mediante una extensión o una flexión de las articulaciones.
El movimiento rotatorio es el que se basa en un eje de giro y radio constante: la trayectoria será una circunferencia. Si, además, la velocidad de giro es constante, se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio fijo y velocidad angular constante.
En el movimiento circular hay que tener en cuenta algunos conceptos específicos para este tipo de movimiento:
-Eje de giro: es la línea alrededor de la cual se realiza la rotación, este eje puede permanecer fijo o variar con el tiempo, pero para cada instante de tiempo, es el eje de la rotación.
-Arco: partiendo de un eje de giro, es el ángulo o arco de radio unitario con el que se mide el desplazamiento angular. Su unidad es el radián.
-Velocidad angular: es la variación de desplazamiento angular por unidad de tiempo.
-Aceleración angular: es la variación de la velocidad angular por unidad de tiempo.
En dinámica del movimiento giratorio se tienen en cuenta además:
-Momento de inercia: es una cualidad de los cuerpos que resulta de multiplicar una porción de masa por la distancia que la separa al eje de giro.
-Momento de fuerza: o par motor es la fuerza aplicada por la distancia al eje de giro.
APLICACION DE LOS MOVIMIENTOS AL BRAZO HIDRAULICO:
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
ARMADO:
Cortaremos la madera en forma rectangular para que sea la base de todo el proyecto, posteriormente se procederá a dibujar en la madera restante las piezas que serán el cuerpo del brazo hidráulico, una vez dibujado las partes procederemos a cortarlas y prepáralas para la pintura, pintaremos el brazo con el color elegido, luego ensamblaremos las piezas para darle forma al brazo, una vez ensamblada las piezas comprobaremos que tenga movilidad y comprobaremos que todo este acorde al plano, tomaremos las jeringas ,las mangueras y las uniremos, una vez unidas pondremos el liquido de freno o agua y probaremos que tengan el suficiente liquido para que pueda funcionar, luego las adaptaremos al brazo y probaremos que las mismas hagan funcionar al brazo. Pondremos jeringas en la base circular y probaremos que estas muevan el brazo de lado a lado, colocaremos el brazo ya antes armado en la base circular y lo haremos funcionar para poder ver errores en el mismo y poderlo corregir, una vez hecho todo esto comprobaremos que este brazo sea capaz de levantar algún objeto y de transportarlo de un lugar a otro
