Brazo Hidraulico.docx

INDICE

I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI.

INTRODUCCION. ANTECEDENTES. OBJETIVOS. MARCO TEORICO. RESULTADOS. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. MARCO METODOLOGICO. JUSTIFICACION DEL PROBLEMA. HIPOTESIS. ANEXOS BIBLIOGRAFIA.

1.- INTRODUCCION.-

Para entender los contenidos del tema de hidráulica, vamos a montar un Brazo o robot hidráulico, poniendo en juego los principios físicos en los que se Basan los circuitos hidráulicos utilizados por numerosas máquinas y herramientas. Cuantas veces has visto una grúa, una excavadora, una pala, un elevador… Pues bien, todas funcionan de la misma forma que el proyecto que vas a construir. Vamos a estudiar principios físicos aplicables a los líquidos, así como Veremos cómo se pone en juego el principio de PASCAL. "La presión ejercida a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin Alteración a cualquier punto del fluido, siendo el mismo en todas las direcciones y Actúa a través de fuerzas perpendiculares a las paredes del recipiente que lo Contiene".

II ANTECEDENTES

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.

III OBJETIVOS

1. Demostrar el funcionamiento del brazo hidráulico 2. Utilizar el modelo para demostrar la aplicación de fuerzas mediante fluidos, presión, fuerza y energía. 3. Que tipo de objetos es capas de levantar el brazo hidráulico.

IV MARCO TEORICO Como su nombre lo dice el brazo hidráulico utiliza la presión de un fluido, generalmente agua para levantar cargas. Para entender su funcionamiento se deben revisar diferentes conceptos de Física de Fluidos, así que se resumen a continuación. 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. El principal teorema que respalda el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal. En el Principio de Pascal se dice que la presión aplicada a un punto de un fluido estático e incomprensible encerrado en un recipiente, se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido. Así tenemos que la presión es igual a la fuerza sobre el área (P= F/A) y que se unidades son los pascales (N/m2 = Pa). Por otro lado, el Principio de Arquímedes implica que el fluido donde se encuentra sumergido un objeto ejerce una fuerza de empuje que actúa soportando y levantando a dicho objeto. En el caso del brazo hidráulico, se pueden levantar objetos gracias a una serie de pistones. Se denomina pistón a un émbolo que se ajusta al interior de las

paredes del cilindro mediante aros flexibles llamados segmentos. El pistón 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. Cuando una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada a un pistón A, la presión interna desarrollada en el fluido por su la densidad ejerciendo una fuerza de empuje a un 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 yB 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. En nuestro modelo, los pistones utilizados son jeringas interconectadas y llenas de fluidos. De esta manera, cuando uno ejerce presión sobre una jeringa, ésta se refleja hacia las demás permitiendo el movimiento de las diferentes partes del brazo hidráulico, debido a que actúan como palancas. La palanca es una máquina simple que se emplea en una gran variedad de aplicaciones. Probablemente, incluso, las palancas sean uno de los primeros

mecanismos ingeniados para multiplicar fuerzas. En el modelo a realizar, las palancas serán de tercer tipo o de tercer grado ya que en este tipo de palancas la fuerza aplicada debe ser mayor a la fuerza a levantar y en nuestro trabajo es de vital importancia poder levantar objetos. Además se utilizarán palancas múltiples ya que es brazo que construiremos constará de dos hasta cuatro palancas para poder lograr el cometido

ORIGEN DEL BRAZO HIDRAULICO:

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.

FLUIDOS

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

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.

PALANCAS

CONCEPTO DE PALANCA:

La palanca es una máquina simple que se emplea en una gran variedad de aplicaciones. Probablemente, incluso, las palancas sean uno de los primeros mecanismos ingeniados para multiplicar fuerzas. Es cosa de imaginarse el colocar una gran roca como puerta a una caverna o al revés, sacar grandes rocas para habilitar una caverna. Con una buena palanca es posible mover los más grandes pesos y también aquellos que por ser tan pequeños también representan dificultad para tratarlos.

Básicamente está constituida por una barra rígida, un punto de apoyo o Fulcro y dos o más fuerzas presentes: una fuerza a la que hay que vencer, normalmente es un peso a sostener o a levantar o a mover, y la fuerza que se aplica para realizar la acción que se menciona. La distancia que hay entre el punto de apoyo y el lugar donde está aplicada cada fuerza, en la barra rígida, se denomina brazo. Así, a cada fuerza le corresponde un cierto brazo. Como en casi todos los casos de máquinas simples, con la palanca se trata de vencer una resistencia, situada en un extremo de la barra, aplicando una fuerza de valor más pequeño que se denomina 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 habría dicho: "Dadme un punto de apoyo y moveré el mundo". En realidad, obtenido ese punto de apoyo y usando una palanca 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 u otra forma. Ni hablar de cosas más evidentes como jugar al balancín, hacer funcionar una balanza, usar un cortaúñas, una tijera, un sacaclavos, etc. Casi siempre 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 así siempre, a veces el multiplicar es disminuir al multiplicar por un número decimal por ejemplo.

TIPOS DE PALANCAS:

La ubicación del fulcro respecto a la carga y a la potencia o esfuerzo, definen el tipo de palanca:

-Palanca de primer tipo o primera clase: Se caracteriza por tener el fulcro entre la fuerza a vencer y la fuerza a aplicar. Esta palanca amplifica la fuerza que se aplica; es decir, consigue fuerzas más grandes a partir de otras más pequeñas. Algunos ejemplos de este tipo de palanca son: el alicates, la balanza, la tijera, las tenazas y el balancín. Algo que desde ya debe destacarse es que al accionar una palanca se producirá un movimiento rotatorio respecto al fulcro, que en ese caso sería el eje de rotación.

-Palanca de segundo tipo o segunda clase: Se caracteriza porque la fuerza a vencer se encuentra entre el fulcro y la fuerza a aplicar. Este tipo de palanca también es bastante común, se tiene en lo siguientes casos: carretilla, destapador de botellas, rompenueces. También se observa, como en el caso anterior, que el uso de esta palanca involucra un movimiento rotatorio respecto al fulcro que nuevamente pasa a llamarse eje de rotación.

-Palanca de tercer tipo o tercera clase: Se caracteriza por ejercerse la fuerza “a aplicar” entre el fulcro y la fuerza a vencer. Este tipo de palanca parece difícil de encontrar como ejemplo concreto, sin embargo el brazo humano es un buen ejemplo de este caso, y cualquier articulación es de este tipo, también otro ejemplo lo tenemos al levantar una cuchara con sopa o el tenedor con los tallarines, una corchetera funciona también aplicando una palanca de este tipo. Este tipo de palanca es ideal para situaciones de

precisión, donde la fuerza aplicada suele ser mayor que la fuerza a vencer. Y, nuevamente, su uso involucra un movimiento rotatorio.

-Palancas múltiples: Varias palancas combinadas. Por ejemplo: el cortaúñas es una combinación de dos palancas, el mango es una combinación de 2º género que presiona las hojas de corte hasta unirlas. Las hojas de corte no son otra cosa que las bocas o extremos de una pinza y, constituyen, por tanto, una palanca de tercer género. Otro tipo de palancas múltiples se tiene en el caso de una máquina retroexcavadora, que tiene movimientos giratorios (un tipo de palanca), de ascenso y descenso (otra palanca) y de avanzar o retroceder (otra palanca).

APLICACION DE LAS PALANCAS AL BRAZO HIDRAULICO:

En la figura se puede apreciar que las palancas que vamos a utilizar en nuestro proyecto serán de tercer tipo o de tercer grado ya que en este tipo de palancas la fuerza aplicada debe ser mayor a la fuerza a levantar y en nuestro trabajo es de vital importancia poder levantar objetos. Además se utilizarán palancas múltiples ya que es brazo que construiremos constará de dos hasta cuatro palancas para poder lograr el cometido. Las palancas que utilizaremos serán hechas de un material resistente preferiblemente de madera y sostenidas en sus ejes por piezas metálicas, que permitirán obtener un movimiento circular en cada una de las palancas y un movimiento rotatorio en su eje para poder girar el brazo en distintas dirección

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.

V RESULTADOS

Gracias a la construcción de este brazo pudimos levantar diversos objetos de diferentes masas y así comprobar diferentes conceptos de física y entenderlos mejor. Con este proyecto se puede demostrar que la Física no tiene que ser una Ciencia difícil o aburrida, sino que utilizando proyectos sencillos se derivan una Gran cantidad de conceptos de Física-Mecánica. Así mismo los mismos principios se utilizan a una escala mayor para levantar objetos más pesados, como pueden ser los de una construcción (rocas, maderas, vigas, etc.). Estas máquinas se utilizan en la vida diaria y que con un poco de investigación se puede llegar a conocer su funcionamiento VI CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.-

Para concluir se puede decir que La Hidráulica aplicada en maquinas cm 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 seria 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.

Recomendaciones: -Para diseñar un brazo hidráulico hay que diseñar a una medida acorde para llevar a cabo su funcionamiento. Ya que si vamos a realizar un brazo hidráulico con el fin de levantar objetos de gran peso, las medidas serian en metros.

-Pero si por el contrario se va a utilizar para objetos de menos sus medidas serian en cm.

VI MARCO METODOLOGICO.¿CÓMO TIENE QUE SER EL BRAZO HIDRÁULICO?

􀀹 La base del brazo hidráulico se realizará con Cartón prensado del tamaño ideal para su uso, sobre la base se colocará la parte giratoria del brazo y las jeringas de control, éstas deberán controlar los distintos movimientos del brazo. 􀀹 El brazo hidráulico se realizará en una superficie plana y segura, debido a que procederemos a pegar las piezas tomadas en cuenta para el brazo hidráulico mediante Ribcola u otro pegamento de mejor calidad para el pegado. Para su realización se utilizará la plantilla que nos guiara para obtener dichas plantillas requeridas

􀀹 Las jeringas de control formarán el circuito hidráulico, se colocarán en los lugares correctos para que puedan mover el brazo según nuestras necesidades. Se podrán colocar como se crea más conveniente para su debido manipulación para dicha defensa o demostración 􀀹 Pinza de agarre se podrá realizar de cualquier forma, se exige que sea capaz de coger o agarrar algún objeto y mediante la actuación de las jeringas de control se pueda cambiar de lugar dicho objeto. 􀀹 Base giratoria.- para la base giratoria se utilizará cartón prensado de 60*60 de doble o mas para que pueda ser mas seguro su giro aplicaremos unas volandas que tengas en tu casa y que no te sirvan para nada. Se colocarán según comodidad MATERIALES Un plaqué, chapó o marquetería de tamaño A3. - Una base de cartón presado lo ideal o conveniencia para el uso - 1 listón de madera de 21 cm de largo. - 8 jeringas de 20 ml. - 2 m de manguera de nivelación lo conveniente 4 mm (diámetro interior). - 1 goma elástica. - 3 escuadras metálicas pequeñas. - docena tornillos de 5 cm de largo y 3 mm de diámetro. - Volandas 2 docenas - pegamento ribecola Herramientas necesarias: - Pistola de silicona. - Taladro eléctrico.

- Destornillador. - Cuchillo - tijeras - Alambre de cobre 1 m -Agua -Lijas de madera - venesta PARA SU PROCEDIMIENTO 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.

VIII.JUSTIFICACION DEL PROBLEMA

La construcción del brazo hidráulico con jeringas pretende demostrar más dinámicamente con elementos de poco valor el funcionamiento de la teoría de pascal. También aplicar conceptos matemáticos y científicos básicos y utilizar materiales de poco valor para la elaboración de la mano hidráulica con jeringas. IX.-HIPOTESIS

Para la presente investigación se ha planteado como hipótesis: Ho. “mediante un flujo del agua usar la presión hidráulica para levantar o multiplicar alguna fuerza” Variables: Independiente: Tiempo Dependiente: flujo del agua Con una importancia En el cual podemos demostrar que la fuerza y presión puede originar movimientos en los cuerpos. Y así podemos demostrar que no solo con un motor podemos generar movimiento. En la realización de un brazo hidráulico implica manejar principalmente los principio de pascal y Arquímedes con base a lo cual incluye llegar a profundizar con más información como: palanca hidráulica, presión hidrostática y fluidos para así poder llegar a comprender la parte teórica y así poder seguir a la parte practica el cual incluye materiales para su correcta elaboración y así con la información recabada y la realización del proyecto llegar a comprender su importancia en su utilización.

X.- ANEXOS

X.- BIBLIOGRAFIA http://www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/18403818/Te-digo-comohacer-un-brazo-robotico-con-sistema-hidraulico.html http://www.acmor.org.mx/reportescongreso/2013/prepa/prototipos/13-brazohidraulico.pdf http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria18/F_E_IE%20Brazo_hidraulico.p df http://www.iesbotanico.org/archivos/elementos/148/PROYECTO%20COMPLETO.pdf http://proyectos11-02.blogspot.com/2011/06/brazo-hidraulico-con-jeringas_06.html