UNIVERDIDAD TECNICA PARRTICULAR DE LOJA

AREA TECNICA

INTEGRANTES:

Christian Macas

Junior Morocho

Viviana Orosco

Pedro Pinta

TEMA:

Brazo Hidráulico

COMPONENTE ACADEMICO:

Física

TUTOR:

Ing. Javier Carrión M

Loja – Ecuador

2012 - 2013

OBJETIVO GENERAL:

Construcción y operación de un brazo mediante un sistema hidráulico.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

-Demostrar la aplicación de fuerzas mediante fluidos así como también la presión hidrostática.

-Demostraremos que el brazo hidráulico posee el mismo proceso de la prensa hidráulica ya que

esta levanta grandes masas con pequeña fuerzas.

ANTECEDENTES

El distinguido matemático, físico, filósofo y escritor francés Blaise Pascal nació el 19 de junio de

1623 en Clermont-Ferrand, Auvernia

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. 

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.

PRECURSOR DE LA PRENSA HIDRAULICA:

Joseph Bramah (13 de Abril 1748 – 9 de 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 pequeño, 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 ha convertido en muchas aplicaciones industriales y sigue hasta el día de hoy.

En el momento de ingeniería hidráulica fue una casi desconocida ciencia, y Bramah (con William

George Armstrong) es uno de los dos pioneros en este campo.

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.

MARCO TEORICO

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.

SUSTANCIADENSIDAD 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.

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.

MATERIAL SUMINISTRADO

APLICACION MATERIAL CANTIDAD MEDIDAS

BASE MADERA 1 28x28 cm

PRIMER BRAZO MADERA 3 10x25 cm

SEGUNDO BRAZO MADERA 1 7x25 cm

PALA CARGADORA MADERA 1 11x11 cm

SOPORTE DE

JERINGASMADERA 1 4x20 cm

PORTA SOPORTES MADERA 1 6x22.5 cm

SOPORTE DE

JERINGASMADERA 1 6x7.5 cm

PALA CARGADORA MADERA 1 6x15 cm

SEPARADOR MADERA 1 5x15 cm

TUERCAS HIERRO 18 M4

TORNILLOS HIERRO 10 M4

ABRAZADERAS PVC 3

JERINGAS PLASTICO 2 10ml

JERINGAS PLASTICO 4 20ml

ALAMBRE HIERRO 1

CLAVOS HIERRO ½ onza

Materiales Precio

Jeringas $2.00

Clavos $0.30

Tornillos y tuercas $4.00

Madera $5.00

Mangueras de Suero $2.00

Pintura $4.00

Lijas $0.50

Alambre $0.75

PRESUPUESTO:

DEMOSTRACION ANALITICA:

P= fA

F1

A1

=F2

A2

V mp=f 2

f 1

V mt=A2

A1

Calculo del área del pistón (20 ml):

D= 1.8 cm A=π r2

R= 0.9 cm A=π (0.9cm)2

A=2.54cm2

Calculo del área del pistón (10 ml):

D= 1.5 cm A=π (0.75cm)2

R= 0.75 cm A=1.77cm2

Calculo de la fuerza:

Utilizando un cuerpo de masa 11.5 Kg logramos que la jeringa se desplazara, como

resultado el brazo mecánico completara su movimiento.

M= 11.5 kg

Como 1kg es igual a 9.8 N entonces:

f=112.7N

Ahora calculamos la presión en la jeringa de 20ml

P= 112.7 N

0.000254m2

P=443700.79 Pa

Calculamos la fuerza que se produce en el piston de 10ml producto de aplicar la fuerza

antes mencionada:

F1

A1

=F2

A2

F2=F1 . A2

A1

F2=(112.7 N ) .(0.000177m2)

0.000254m2

F2=78.54N

Calculo de la Ventaja Mecánica práctica:

V mp=f 2

f 1

V mp=78.54N112.7 N

V mp=0.7

Calculo de la Ventaja Mecánica Teórica:

V mt=A2

A1

V mt=0.0001770.000256

V mt=1.43

CONCLUSIONES:

Para concluir se puede decir que la hidráulica aplicada en máquinas con 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 sería 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.