Puente Hidraulico Informe Final.docx

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE – CIENCIAS

SISTEMA HIDRÁULICO FUNCIONAL PARA ESTRUCTURAS A GRAN ESCALA

FUNCTIONAL HYDRAULIC SYSTEM FOR LARGE SCALE STRUCTURES

Angel Cordova B. Bruno Flores A. Aaron Montañez A. Sevastian Salcedo L. Angie Soria R. Manuel Villarroel M.

Docente: Joselito Jersin Robles

Breña, Lima, Perú Noviembre – 2018

1

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

AGRADECIMIENTOS El presente proyecto de investigación fue realizado bajo la supervisión del docente Joselito Jersin Robles, a quien le expresamos nuestro más profundo agradecimiento, por hacer posible la realización de este trabajo ya que su interminable paciencia, disponibilidad tiempo y dedicación han hecho que este proyecto pueda terminaste de manera satisfactoria. Mis sinceros agradecimientos a la UPN por proporcionar el espacio y condiciones necesarias para el realizar la construcción y desarrollo del prototipo del proyecto a través de pruebas de laboratorio. Por último y no menos importante, nos gustaría agradecer el apoyo recibido por parte de nuestras familias y seres queridos, en especial a nuestros padres por darnos la oportunidad de poder haber estudiado esta maravillosa carrera, además de la ayuda y sacrificio mostrados en el día a día, dándonos fuerza para superar momentos difíciles, desafíos y retos encontrados en este camino.

MUCHAS GRACIAS.

2

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

RESUMEN Para este proyecto, se diseñó e implementó un sistema hidráulico a modo de puente levadizo que es capaz de soportar un gran peso para el transporte de un lado del puente hacia el otro, y también es capaz de levantar un gran peso ejerciendo poca presión en los extremos del puente. Con este sistema, es posible elaborar proyectos arquitectónicos a mayor escala y con costos menores a los habituales, lo cual favorece a la economía ya que se reducen los costos de la construcción, otorgando los mismos resultados. Se usaron diversos materiales para la estructura del puente, como el triplay que se pego con silicona para las bases, además las sondas y jeringas de diferentes tamaños que se usaron para el sistema hidráulico y de esta manera comprobar el principio de Pascal con la prensa hidráulica. En el caso del líquido, se usó turbinol, que es un lubricante basado en aceites minerales especialmente seleccionados y aditivos específicos para obtener un elevado grado de estabilidad a la oxidación. Con el fin de verificar la eficiencia del sistema construido, hemos realizado pruebas de usando diferentes objetos para probar cual es el peso que puede resistir, y tambien pruebas de levantamiento de cada lado del puente, de manera que se pudiera tomar en cuenta la distancia que se elevan los extremos con respecto al suelo. Los resultados de este proyecto de investigación fueron positivos verificándose el correcto funcionamiento del sistema construido. Se considera que este prototipo puede servir como guía para modelos arquitectónicos a gran escala y su construcción y uso en la vida real. ABSTRACT For this project, a hydraulic system was designed and implemented as a drawbridge that is capable of supporting a heavy weight for transport from one side of the bridge to the other, and is also capable of lifting a large weight by exerting little pressure on the ends of the bridge. With this system, it is possible to elaborate architectural projects on a larger scale and with lower costs than usual, which favors the economy since construction costs are reduced, giving the same results. Various materials were used for the structure of the bridge, such as the plywood that was stuck with silicone for the bases, in addition to the probes and syringes of different sizes that were used for the hydraulic system and in this way to verify the principle of Pascal with the hydraulic press . In the case of the liquid, turbinol was used, which is a lubricant based on specially selected mineral oils and specific additives to obtain a high degree of stability to oxidation. In order to verify the efficiency of the built system, we have carried out tests using different objects to test which weight it can withstand, and also lift tests on each side of the bridge, in order to take into account the distance the ends rise with respect to the ground.

3

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

The results of this research project were positive, verifying the correct functioning of the built system. It is considered that this prototype can serve as a guide for large-scale architectural models and their construction and use in real life. PALABRAS CLAVES: Sistema hidraulico, principio de pascal, resistencia, presion hidraulica, fluidos. KEYWORD: Hydraulic system, pascal principle, resistance, hydraulic pressure, fluids. 1.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, los diferentes países del mundo enfrentan una problemática que es los elevados costos para la construcción de sus ciudades. Porque si bien es cierto la gran mayoría están terminadas y solo se remodelan, la inversión no solo va a la ciudad, sino también a como conectar ciudad con ciudad. Para esto existen diversos métodos, uno de ellos las carreteras. ¿Pero qué es lo que pasa si a dos ciudades las divide un rio? Para esto se usan puentes hidráulicos que permitan conectar un extremo del otro. Lamentablemente los costos de este tipo de los materiales y la construcción del mismo son muy elevados; es posible citar algunos ejemplos: -El puente del Gran Malecón del río Magdalena, que costara 153 millones de pesos colombianos, y que se construye en Europa. -El puente levadizo de Raos costó 13 millones de euros en 2008. Ahora, menos de una década después, las obras de reparación, imprimación y pintura han requerido un desembolso de más de un millón en 2017. Exactamente 1.139.652 euros. - En Chile, se tendrán que gastar 13 millones para arreglar un puente levadizo que una empresa española instaló al revés, además de su coste de construcción e instalación previo de unos 25 millones de euros. Para solucionar este problema, hemos diseñado un sistema a modo de puente hidráulico que pueda ser usado a gran escala por las empresas constructoras para reducir los costos, brindando los mismos resultados. A manera de síntesis, el siguiente trabajo busca incorporar el concepto de hidráulica (Principio de Pascal) a algún elemento en el cual tenga una utilidad. En este caso, se eligió para hacer un puente que se pueda levantar dividiéndose en dos partes, de manera que se pueda abrir paso a barcos de gran envergadura, haciendo de los ríos que atraviesan alguna ciudad un medio de transporte para los arcos, y convirtiendo así a estas ciudades en puertos, mejorando así las condiciones de esta. En el siguiente proyecto, nuestro grupo trata de darle un uso al carton microcorrugado como materiales ligeros. Se 4

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

cortaron planchas de triplay y se unieron con silicona, ademas se colocaron topes para las jeringas con el carton microcorrugado en la parte inferior del puente. El sistema hidraulico onsiste en un conjunto complejo de jeringas y sondas que con el uso del turbinol hacen que que se puedan elevar los extremos del puente manteniendo la misma fuerza en ambos extremos. El propósito de integrar el puente hidráulico, es ayudar a reducir costes fijos de las Constructoras y favoreciendo a la economía. Todo esto es posible porque usamos el Principio de Pascal, que propone que la fuerza que se aplique en un lado de la prensa hidráulica, será la misma a la del otro extremo. Para finalizar, es importante mencionar que el proyecto no solo es de fines académicos para estudiantes o empresas, sino también para cualquier usuario que desee realizar este prototipo para fines didácticos. 2.

REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA:

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: La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos. La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. 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, 5

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido.

Cuando sobre el émbolo de menor sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección A2, es decir: Presión La presión es la magnitud escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme, la presión P viene dada de la siguiente forma:

En un caso general donde la fuerza puede tener cualquier dirección y no estar distribuida uniformemente en cada punto la presión se define como:

Donde n es un vector unitario y normal a la superficie en el punto donde se pretende medir la presión. La definición anterior puede escribirse también como:

donde: , es la fuerza por unidad de superficie. , es el vector normal a la superficie. , es el área total de la superficie S. Presión absoluta y relativa

6

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

En determinadas aplicaciones la presión se mide no como la presión absoluta sino como la presión por encima de la presión atmosférica, denominándose presión relativa, presión normal, presión de gauge o presión manométrica. Consecuentemente, la presión absoluta es la presión atmosférica (Pa) más la presión manométrica (Pm) (presión que se mide con el manómetro).

Presión hidrostática e hidrodinámica En un fluido en movimiento la presión hidrostática puede diferir de la llamada presión hidrodinámica por lo que debe especificarse a cual de las dos se está refiriendo una cierta medida de presión. Manómetro. La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción y reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción. La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal. En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión que es función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica. TURBINOL Descripción Los lubricantes Turbinol están basados en aceites minerales especialmente seleccionados y aditivos específicos para obtener un elevado grado de estabilidad a la oxidación. Contienen además aditivos para proteger las superficies metálicas contra la corrosión y para evitar la formación de espuma, permaneciendo las propiedades de desprendimiento de aire. Estos aceites han sido formulados para que sean compatibles con los componentes utilizados en las turbinas y equipo asociado y contienen un inhibidor para prevenir la aceleración catalítica de la autooxidación de los lubricantes por la presencia de trazas de metales. No contienen aditivos organometálicos. Por ejemplo, la formulación es libre de zinc y sin cenizas. 7

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

Aplicaciones La gama de lubricantes Turbinol pueden utilizarse para la lubricación y refrigeración de cojinetes y engranajes de turbinas de vapor, agua y gas, así como de equipo asociado, como sistemas de control de turbinas, sistemas de sellado mediante aceite, turboacoplamientos, así como en la lubricación de turbocompresores. Además el Turbinol 46EP contiene aditivos antidesgaste/EP con el fin de cumplir los requisitos de FZG. Estos aceites de Turbinas con aditivos EP pueden utilizarse en turbinas con engranajes y depósito común. Turbinol cumple las especificaciónes de los fabricantes de turbinas más importantes, y está avalado por una amplia vida en servicio. Principales Ventajas -Larga vida de utilización. -Amplio rango de temperaturas. -Buenas propiedades de desprendimiento de aire. -Buena protección anticorrosiva, incluso en presencia de agua condensada. -Excelente separación del agua. -Compatibilidad con los materiales de juntas y metales no férreos. Almacenamiento Todos los envases deben almacenarse a cubierto. Si los bidones se almacenan al aire libre es inevitable que el agua de lluvia penetre. Así pues, deben mantenerse en posición horizontal a fin de evitar la posible entrada de agua y el borrado de las marcas de los bidones. Los productos no deben almacenarse a una temperatura superior a 60 ºC, ni exponerse al sol o a heladas.

3.

METODOLOGÍA

El puente hidraúlico fue armado de la siguiente manera, primeramente conseguimos triplay, carton microcorrugado, reglas, lapices para poder marcar dónde realizaremos los cortes con la cuchilla y los demás materiales. Comenzamos marcando el triplay para tener una idea de qué sitios debíamos cortar. Seguidamente cortamos el triplay con la sierra para armar los extremos del puente y la base. Luego pegamos todo con silicona y usando el carton microcorrugado creamos unos topes para las jeringas en cada lado del puente. La pista que es la parte que será empujada por las jeringas las pegamos en las columnas y las doblamos con cuidado para que puedan tener el movimiento suficiente.

8

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

Luego armamos el sistema hidraulico con las sondas y las jeringas, todo esto fue unido al puente con silicona y clavos para reforzar. Por ultimo se pinto el puente para darle decoracion. 3.1. Equipos y Materiales Para la realización y construcción del sistema hidráulico funcional para estructura a gran escalas: 

4 Jeringas



4 Sondas



Cuchilla



½ Plancha de carton micro arrugado



½ Plancha de triplay



Regla



Lapices



Pistola de silicona



Silicona



Tijeras



Clavos



Martillo



Sierra



Aceite hidraulico

3.2. Procedimiento Experimental y Obtención de Resultados. Para este proyecto realizamos dos tipos de pruebas: Resistencia: Se colocaron diversos objetos en una balanza para conocer el peso de cada uno, y luego en los extremos del puente para saber si con la fuerza del fluido en las jeringas se podia levantar cada lado del puente, y de esa manera comprobar que tan resistente y fuerte puede ser el material que se usa. Capacidad de elevación: Se midio cual es la distancia maxima a la que se pueden elevar los extremos del puente con los diferentes fluidos que usamos para este proyecto.

9

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

3.3. Programación/Cálculos En el apartado de programacion, no usamos ningun tipo de programa ya que todo fue manualmente calculado, pero el prototipo, mediante modificaciones y mejoras, puede ser adaptado para empresas constructoras. 4.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Prueba de Resistencia: OBJETO

PESO

SI/NO

Celular

300gr

SI

USB

10gr

SI

Cargador de celular

15gr

SI

Botella de gaseosa

250ml

SI

Cuaderno

400gr

NO

Prueba de capacidad de elevación: FLUIDO Prueba con agua

DISTANCIA MAXIMA Se eleva 90° con respecto a su posicion inicial

Prueba con aceite hidraulico El aceite ejerce mucha presion en las jeringas, y hace que exploten las sondas Prueba con Turbinol

El turbinol ejerce mucha presion en las jeringas y hace que no se levante

10

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

5.

CONCLUSIONES

Como conclusión del trabajo se puede rescatar que el principio de Pascal es una alternativa muy viable para una gran cantidad de actividades, ya que es un sistema que permite regular fuerza y obtener de pequeñas fuerzas iniciales un rendimiento mucho mayor. Es una alternativa muy ocupada hoy en día, ya que incluso se integra en la construcción de autos, en grúas y otras cosas. La interrogante que fue planteada al principio del proyecto fue contestada y avalada por los puntos anteriormente descritos, ya que la hidráulica si tiene una aplicación en la construcción de puentes, aplicando pequeñas fuerzas que luego son amplificadas. El objetivo del proyecto fue cumplido, ya que le encontramos una aplicación y la llevamos a cabo a través de la construcción de un puente que se divide en dos para abrir paso a un barco. En el principio de Pascal, la presión se mantiene constante, pero lo que cambia es la fuerza, ya que puede ser amplificada o disminuida según la superficie sobre la cual se aplique esta. Y como en todo el aparato hay una misma presión, entonces si aplicamos esta presión en superficies reducidas, luego la fuerza se hace mayor en superficies mas grandes. 6.

Consideraciones Finales y Perspectivas Futuras o El prototipo, mediante modificaciones y mejoras, puede ser adaptado para empresas constructoras. o Facilitar al usuario el diseño de un puente levadizo como material didactico. o Posibilitar al usuario la introducción del uso de diferentes energías a través del principio de pascal o Proponer el uso de diversos aceites y sustancias como fluidos para este proyecto, ademas del agua.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ______________________________________________________________________ i. ii. iii. iv. v. vi.

https://spanish.alibaba.com/product-detail/gemaoil-turbinol-32-46-68-50021671301.html https://msdspds.bp.com/bpglis/FusionPDS.nsf/Files/92B11C1C866491BD8025779600305686/$ File/Turbinol%20.pdf https://www.lavanguardia.com/economia/20160428/401430745395/chile-puente-reves-empresaespanola-cau-cau.html https://www.eldiariomontanes.es/santander/pintar-reparar-puente-20180406211020-nt.html https://www.eltiempo.com/colombia/barranquilla/barranquilla-tendra-puente-levadizo-284468 https://hernanleon1002.wordpress.com/fisica-de-fluidos-y-termodinamica/primer-corte/marcoteorico/principio-de-pascal/

11

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

_____________________________________________________________________________________

12

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

13

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

14

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

15

Informe de proyecto del curso MEOSON Sistema Hidráulico Funcional para estructuras a gran escala

16