GEOMETRIA ANALITICATRABAJO FINAL

BRAZO HIDRAULICOIntegrantes: Angel flores AguilarGuido Alvino RanillaEdison VargasJess Gutirrez MedinaJos Par

Profesor: Willy Condori Roca

Especialidad: C2

Semestre: I 2015

NDICE

Pagina1. Introduccin3

2. Objetivos 3

2.1 Objetivo general 3 2.2 Objetivos especficos3

3. Marco Terico 4

3.1 Fluidos 43.2 Hidrosttica 53.3 Principio de pascal: 5 3.4 Pistones 73.5 Transmisin de potencia 73.6 Palancas 8

4. Aplicacin de las palancas al brazo hidrulico 10

5. Movimientos del brazo hidrulico 10

6. Simulacin y clculos 10

7. Anlisis de resultados x

8. Conclusiones y

9. Bibliografa z

BRAZO HIDRULICO

1. INTRODUCCINPara entender los contenidos del tema de hidrulica, vamos a poner en juego losprincipios fsicos en los que se basan los circuitos hidrulicos utilizados por numerosas mquinas y herramientas.Este proyecto es un brazo hidrulico hecho con jeringas que consta en mover partes del brazo con una presin hecha por el agua en la jeringa. Que cuando sele da presin el agua hace que el brazo se mueva en direccin que usted desea.Tambin este proyecto pretende demostrar dinmicamente con elementos depoco valor el funcionamiento de la teora de pascal.La presin ejercida a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sinalteracin a cualquier punto del fluido, siendo el mismo en todas las direcciones yacta a travs de fuerzas perpendiculares a las paredes del recipiente que lo contiene2. OBJETIVOS

Demostrar que en base al principio de Pascal se puede formar un Brazo Hidrulico que funcione como una herramienta de construccin, que nos facilite el acceso a objetos a distancia, comprendiendo las aplicaciones del principio de Pascal.Demostrando de igual forma como es que el agua es un gran componente con el cual podemos mover ciertas piezas.

2.1. OBJETIVO GENERAL:Construccin y operacin de un brazo mediante un sistema hidrulico.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Demostrar la aplicacin de fuerzas mediante fluidos, tambin demostraremos que posee movimiento de rotacin, presin hidrosttica, energa cintica, tensiones, trabajo-potencia-energa. Demostraremos que en el brazo hidrulico es el mismo proceso de la prensa hidrulica ya que esta levanta grandes masas con pequea fuerzas. Nuestro primordial objetivo fue crear este brazohidrulicopara poder demostrar las propiedadesmecnicasde los fluidos.

3. MARCO TERICO

Apareci basndose en el descubrimiento de la prensa hidrulica de Pascal la cual permite levantar grandes masas con pequeas fuerzas que se aplica en el brazo hidrulico. En la antigedad por la necesidad de construir grandes edificaciones crearon una herramienta para levantar y transportar grandes masas que utilizaban para la construccin; 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 permita levantar al material y luego bajarlo cuando se disminua la fuerza. Con el transcurso de los aos este brazo fue adquiriendo mejoras tanto en materiales como en su funcionamiento. Cuando Pascal descubre la prensa hidrulica estos brazos cambiaron radicalmente ya que se comenzaron a utilizar un sistema parecido a la prensa hidrulica, las cuales permitan levantar grandes pesos con menos esfuerzo.En nuestra poca estos brazos hidrulicos son utilizados para diferentes objetivos como son: para las construcciones, para el transporte de carga, para la simulacin del funcionamiento de las partes del cuerpo humano como dedos, antebrazos, brazos, piernas, etc.

3.1. FLUIDOS

CONCEPTO:

Es la parte de la fsica que estudia la accin de los fluidos en reposo o enmovimiento, tanto como sus aplicaciones y mecanismos que se aplican en losfluidos. Es la parte de la mecnica que estudia el comportamiento de los fluidos enequilibrio (Hidrosttica) y en movimiento (Hidrodinmica). Esta es una cienciabsica de la Ingeniera la cual tom sus principios de las Leyes de Newton yestudia la esttica, la cinemtica y la dinmica de los fluidos.

Un fluido es una sustancia que se deforma permanente y continuamente cuando se le aplica un esfuerzo cortante. Todos los fluidos son compresibles (los cuerpos disminuyen de volumen al someterlos a una presin) en cierto grado. No obstante, los lquidos son mucho menos compresibles que los gases.

Se clasifica en:

Esttica: De los lquidos llamada Hidrosttica. De los gases llamada Aerosttica. Cinemtica: De los lquidos llamada Hidrodinmica. De los gases llamada Aerodinmica.

Si consideramos que la densidad del fluido permanece constante, la presin en el interior del fluido dependera nicamente de la profundidad.

Ecuacin A.1.

En esta clase de fluidos la densidad es prcticamente constante, de modo que de acuerdo con la ecuacin: Ecuacin A.2.

Donde: P: presin total a la profundidad medida en Pascales (Pa). : densidad del fluido. g : aceleracin de la gravedad.

Si se aumenta la presin sobre la superficie libre, por ejemplo, la presin total en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que el trmino gh no vara al no hacerlo la presin total.

3.2. HIDROSTATICA:

La hidrosttica es la rama de la mecnica de fluidos o de la hidrulica, que estudialos fluidos en estado de equilibrio, es decir, sin que existan fuerzas que alteren sumovimiento o posicin. Los principales teoremas que respaldan el estudio de lahidrosttica son el principio de Pascal y el principio de Arqumedes.

3.3. PRINCIPIO DE PASCAL:

En fsica, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el fsicoy matemtico francs Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: el incremento de presin aplicado a una superficie de un fluido incompresible(lquido), 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 lquido se origina una presin, estas se transmiten con igual intensidad en todas direccionesy sentidos. En el sistema internacional, la unidad de presin es 1 Pascal (Pa), quese define como la fuerza ejercida por 1 newton sobre la superficie de 1 metrocuadrado.

De acuerdo a esta ley, si una fuerza de entrada (F1) acta sobre un mbolo de rea (A1), causar una fuerza de salida (F2) que actuar sobre un segundo mbolo (A2). Con esto tenemos que la presin de entrada es igual a la presin de salida.

P= F/A Imagen 3.1

Transmisin de presin: Una fuerza mecnica es aplicada en el pistn A. La presin interna desarrollada en el fluido por su la densidad ejerciendo una presin de empuje en el pistn B. Segn la ley de Pascal la presin desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la presin desarrollada en el pistn B es igual a la presin ejercida en el fluido por el pistn A, asumiendo que los dimetros de A y B son iguales y sin importar el ancho o largo de la distancia entre los pistones, es decir por donde transitar el fluido desde el pistn A hasta llegar al pistn B. Aplicacin de presn en jeringas: El largo cilindro de la figura puede ser dividido en dos cilindros individuales del mismo dimetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre s por una caera. El mismo principio de transmisin de la presin puede ser aplicado, y la presin desarrollada en el pistn B va ser igual a la presin ejercida por el pistn A.

Imagen 3.2

En esta aplicacin de presin en las jeringas hacemos una transferencia de energa en el fluido.

El brazo hidrulico es tambin una maquina simple (un artefacto mecnico que transforma una fuerza aplicada en otra resultante, modificando la magnitud de la fuerza, su direccin, la longitud de desplazamiento o una combinacin de ellas) funciona como palanca.

3.4. PISTONES

CONCEPTO DE PISTON:

Se denomina pistn Se trata de un mbolo que se ajusta al interior de las paredesdel cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos. Efecta un movimientoalternativo, obligando al fluido que ocupa el cilindro a modificar su presin volumen o transformando en movimiento el cambio de presin y volumen del fluido. En todas las aplicaciones en que se emplea, el pistn recibe o transmitefuerzas en forma de presin de a un lquido o de a un gas.

Imagen 3.3

3.5. TRANSMISION DE POTENCIA:

Una fuerza mecnica, trabajo o potencia es aplicada en el pistn A. La presininterna desarrollada en el fluido por su la densidad ejerciendo una fuerza deempuje en el pistn B. Segn la ley de Pascal la presin desarrollada en el fluidoes igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistn B esigual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistn A, asumiendo que los dimetrosde A y B son iguales y sin importar el ancho o largo de la distancia entre lospistones, es decir por donde transitar el fluido desde el pistn A hasta llegar alpistn B.

APLICACION DE POTENCIA EN JERINGAS:

El largo cilindro de la figura puede ser dividido en dos cilindros individuales delmismo dimetro y colocados a distancia uno de otro conectados entre s por unacaera. El mismo principio de transmisin de la fuerza puede ser aplicado, y lafuerza desarrollada en el pistn B va ser igual a la fuerza ejercida por el pistn A.En el siguiente grfico podemos observar la versatilidad de los sistemashidrulicos y/o neumticos al poder ubicarse los componentes aislantes no deotro, y transmitir las fuerzas en forma inmediata a travs de distanciasconsiderables con escasas perdidas. Las transmisiones pueden llevarse acualquier posicin. Aun doblando esquinas, pueden transmitirse a travs detuberas relativamente pequeas con pequeas perdidas de potencia.

3.6. PALANCAS

CONCEPTO DE PALANCA:

La palanca es una mquina simple que se emplea en una gran variedad deaplicaciones. Probablemente, incluso, las palancas sean uno de los primerosmecanismos ingeniados para multiplicar fuerzas. Es cosa de imaginarse el colocar una gran roca como puerta a una caverna o al revs, sacar grandes rocas parahabilitar una caverna. Con una buena palanca es posible mover los ms grandespesos y tambin aquellos que por ser tan pequeos tambin representan dificultadpara tratarlos.Bsicamente est constituida por una barra rgida, un punto de apoyo o Fulcro ydos o ms fuerzas presentes: una fuerza a la que hay que vencer, normalmente esun peso a sostener o a levantar o a mover, y la fuerza que se aplica para realizar la accin que se menciona. La distancia que hay entre el punto de apoyo y el lugar donde est aplicada cada fuerza, en la barra rgida, se denomina brazo.Imagen 3.4

As, a cada fuerza le corresponde un cierto brazo. Como en casi todos los casosde mquinas simples, con la palanca se trata de vencer una resistencia, situadaen un extremo de la barra, aplicando una fuerza de valor ms pequeo que sedenomina potencia, en el otro extremo de la barra.En una palanca podemos distinguir entonces los siguientes elementos: El punto de apoyo o fulcro. Potencia: la fuerza (en la figura de abajo: esfuerzo) que se ha de aplicar. Resistencia: el peso (en la figura de abajo: carga) que se ha de mover.

PRINCIPIO DE GALILEO GALILEI:

Se cuenta que el propio Galileo Galilei habra dicho: "Dadme un punto de apoyo ymover el mundo". En realidad, obtenido ese punto de apoyo y usando unapalanca suficientemente larga, eso es posible. En nuestro diario vivir son muchas las veces que estamos haciendo palanca. Desde mover un dedo o un brazo o un pie hasta tomar la cuchara para beber la sopa involucra el hacer palanca de una uotra forma. Ni hablar de cosas ms evidentes como jugar al balancn, hacer funcionar una balanza, usar un cortaas, una tijera, un sacaclavos, etc. Casisiempre que se pregunta respecto a la utilidad de una palanca, la respuesta va por el lado de que sirve para multiplicar una fuerza, y eso es cierto pero prevalece el sentido que multiplicar es aumentar, y no es as siempre, a veces el multiplicar esdisminuir al multiplicar por un nmero decimal por ejemplo.

TIPOS DE PALANCAS:

La ubicacin del fulcro respecto a la carga y a la potencia o esfuerzo, definen eltipo de palanca:

Palanca de primer tipo o primera clase: Se caracteriza por tener el fulcro entre lafuerza a vencer y la fuerza a aplicar. Esta palanca amplifica la fuerza que seaplica; es decir, consigue fuerzas ms grandes a partir de otras ms pequeas. Algunos ejemplos de este tipo de palanca son: los alicates, la balanza, la tijera, lastenazas y el balancn. Algo que desde ya debe destacarse es que al accionar unapalanca se producir un movimiento rotatorio respecto al fulcro, que en ese casosera el eje de rotacin.

Palanca de segundo tipo o segunda clase: Se caracteriza porque la fuerza avencer se encuentra entre el fulcro y la fuerza a aplicar. Este tipo de palancatambin es bastante comn, se tiene en los siguientes casos: carretilla,destapador de botellas, rompenueces. Tambin se observa, como en el caso anterior, que el uso de esta palanca involucra un movimiento rotatorio respecto alfulcro que nuevamente pasa a llamarse eje de rotacin.

Palanca de tercer tipo o tercera clase: Se caracteriza por ejercer se la fuerza aaplicar entre el fulcro y la fuerza a vencer. Este tipo de palanca parece difcil de encontrar como ejemplo concreto, sin embargo el brazo humano es un buenejemplo de este caso, y cualquier articulacin es de este tipo, tambin otroejemplo lo tenemos al levantar una cuchara con sopa o el tenedor con lostallarines, una corchetera funciona tambin aplicando una palanca de este tipo.Este tipo de palanca es ideal para situaciones de precisin, donde la fuerzaaplicada suele ser mayor que la fuerza a vencer. Y, nuevamente, su uso involucraun movimiento rotatorio.

Palancas mltiples: Varias palancas combinadas. Por ejemplo: el cortaas esuna combinacin de dos palancas, el mango es una combinacin de 2 gneroque presiona las hojas de corte hasta unirlas. Las hojas de corte no son otra cosaque las bocas o extremos de una pinza y, constituyen, por tanto, una palanca detercer gnero. Otro tipo de palancas mltiples se tiene en el caso de una mquinaretroexcavadora, que tiene movimientos giratorios (un tipo de palanca), deascenso y descenso (otra palanca) y de avanzar o retroceder (otra palanca).

Imagen 3.5.4. APLICACION DE LAS PALANCAS AL BRAZO HIDRAULICO:

En la figura se puede apreciar que las palancas que vamos a utilizar en nuestroproyecto sern de tercer tipo o de tercer grado ya que en este tipo de palancas lafuerza aplicada debe ser mayor a la fuerza a levantar y en nuestro trabajo es devital importancia poder levantar objetos. Adems se utilizarn palancas mltiplesya que es brazo que construiremos constar de dos hasta cuatro palancas parapoder lograr el cometido. Las palancas que utilizaremos sern hechas de unmaterial resistente preferiblemente de madera y sostenidas en sus ejes por piezasmetlicas, que permitirn obtener un movimiento circular en cada una de laspalancas y un movimiento rotatorio en su eje para poder girar el brazo en distintasdirecciones.

5. MOVIMIENTOS DEL BRAZO HIDRAULICO

El movimiento vertical consiste en desplazar arriba o abajo nuestro centro demasas mediante una extensin o una flexin de las articulaciones.

El movimiento rotatorio es el que se basa en un eje de giro y radio constante: latrayectoria ser una circunferencia. Si, adems, la velocidad de giro es constante,se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular demovimiento circular, con radio fijo y velocidad angular constante.

En el movimiento circular hay que tener en cuenta algunos conceptos especficospara este tipo de movimiento:

Eje de giro: es la lnea alrededor de la cual se realiza la rotacin, este eje puedepermanecer fijo o variar con el tiempo, pero para cada instante de tiempo, es el ejede la rotacin. Arco: partiendo de un eje de giro, es el ngulo o arco de radio unitario con el quese mide el desplazamiento angular. Su unidad es el radin.-Velocidad angular: es la variacin de desplazamiento angular por unidad detiempo. Aceleracin angular: es la variacin de la velocidad angular por unidad de tiempo.

En dinmica del movimiento giratorio se tienen en cuenta adems:

Momento de inercia: es una cualidad de los cuerpos que resulta de multiplicar unaporcin 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 degiro.

6. SIMULACIN Y CLCULOS

A1 = A2

F=2N

PRENSA HIDRAULICA:

F2 = A2F1 A12 = AF1 A

F1=2

7. ANLISIS DE RESULTADOS

La fuerza que ejerce la jeringa 1 es igual a la fuerza que ejerce la jeringa 2 esto se debe a que las dos jeringas son iguales y que poseen areas iguales , entonces si el rea 1 seria menor al rea 2 la fuerza que se aplique en el rea 1 ser mayor en el rea 2.

8. CONCLUSIONES

Mediante lo realizado de este trabajo observamos que atreves del agua podemosgenerar la suficiente fuerza como para lograr crear un movimiento por medio de lapresin que este ejerca hacia el agua. La fuerza hidrulica es una de las ms usadas en la tierra ya que es bastantebuena para levantar pesos usando el agua. ltimamente esta se sustituye por aceite en muchas aplicaciones industriales, pero su estudio recibe el mismonombre. Llegamos a la conclusin que con jeringas ms grandes mayor ser el volumen deagua y mayor la fuerza que esta pueda transmitir A mayor fuerza transmitida por el agua mayor ser el movimiento del brazo. A mayor fuerza del brazo podr coger objetos ms pesados. Se puede mejorar este experimento usando otros materiales como aluminio, metaly otros. Los brazos mejorados se podrn utilizar para realizar tareas peligrosas para el ser humano como manipular alguna sustancia peligrosa.

9. BIBLIOGRAFIA

Tippens, Paul, Fsica. Conceptos y Aplicaciones. Mxico, Mc Graw Hill, 7edicin, 2007

Sears,Zemansky & Young, Fsica Universitaria, sexta edicin (64013

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/estatica/prensa/prensa.htm

http://perso.gratisweb.com/grupopascal/FLUIDOS%20Profe/FLUIDOS%20Profe/Carpeta %20unidad/Phidrostatica/index.htm

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