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Proyecto
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Proyecto
“Carro Hidráulico”
PRESENTADO POR:
Dalia Emely Rodríguez Vargas
Jorge Luis Bello
Weimar Camilo Hernández
GRUPO
2A1N
PRESENTADO A:
Javier Bobadilla
ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES ECCI
FACULTAD DE INGENIERIA
TECNOLOGIA EN GESTION DE PROCESOS INDUSTRIALES
BOGOTÁ, ABRIL 2013
OBJETIVOS
GENERAL
Crear un Carro a pequeña escala con materiales reciclables que se mueva gracias a la
energía hidráulica, Para un recorrido y un salto entre los 50 cm y 1.20 cm, manteniendo
fuerza, velocidad y estabilidad.
ESPECIFICOS
Encontrar una estabilidad entre peso y fuerza con el agua y los materiales con los
cuales se creara el carrito
Buscar estabilidad con el diseño de la estructura del carrito y precisión con el agua
y el aire dentro de la botella para dar un movimiento recto.
Crear un diseño que cumpla con los requerimientos de la competencia y que nos
lleve a la victoria de la misma.
ANTECEDENTES
Conceptualmente la hidráulica se puede definir de varias maneras, siempre dependiendo
del contexto en que la usemos. Si la empleamos dentro del contexto de la mecánica de
los fluidos, podemos decir que la hidráulica es la parte de la física que estudia el
comportamiento de los fluidos. La palabra hidráulica proviene del griego, Hydor, y trata
de las leyes que están en relación con el agua.
Cuando tratamos de un fluido como el aceite deberíamos hablar de oleo hidráulica, pero
no es así, normalmente empleamos el vocablo hidráulica para definir a una tecnología
de ámbito industrial que emplea el aceite como fluido y energía, y que está en estrecha
relación, con las leyes de la mecánica de los fluidos.
Por si fuera poca la confusión, además, tenemos dos vocablos más, hidrostática e
hidrodinámica. La hidrostática trata sobre las leyes que rigen a los fluidos en su estado
de reposo. La hidrodinámica trata sobre las leyes que rigen sobre los fluidos en
movimiento. Los dos vocablos se engloban dentro de la materia de la mecánica de los
fluidos. Estos dos vocablos también se utilizan en neumática para explicar el
comportamiento del aire comprimido.
Características de la hidráulica.
Como todo, la hidráulica tiene sus ventajas y sus inconvenientes, su lado positivo y su
lado negativo. Respecto a lo positivo podemos decir que la hidráulica al utilizar aceites
es autolubricante, el posicionamiento de sus elementos mecánicos es ajustado y preciso,
a causa de la incomprensibilidad del aceite el movimiento es bastante uniforme, transmite
la presión más rápido que el aire comprimido, puede producir más presión que el aire
comprimido. Éstas serían las características positivas más relevantes.
Entre las negativas tenemos que destacar su suciedad, es inflamable y explosiva, es
sensible a la contaminación y a las temperaturas, sus elementos mecánicos son
costosos, el aceite envejece o sufre desgaste, tiene problemas de cavitación o entrada
de aire, puede sufrir bloqueo.
Uso de la tecnología hidráulica.
El uso de la tecnología hidráulica es muy variado, no solamente la podemos encontrar
en el ámbito industrial sino también en otros ámbitos, incluso relacionados con la vida
diaria.
Se emplea en la construcción, sobretodo relacionado con lo fluvial, ya sean compuertas,
presas, puentes, turbinas, etc.
También se utiliza en automóviles (pequeños cilindros para levantar el capó, etc.), grúas,
maquinaria de la construcción y de la pavimentación, en trenes de aterrizaje de aviones,
en timones de barcos y aviones, etc. Esto solo son algunos ejemplos, pero la realidad es
que la tecnología hidráulica es muy utilizada.
Desde esta sección de la web, tenéis acceso a toda la teoría relevante para el estudio
de la hidráulica u oleohidráulica.
MARCO TEÓRICO
La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La
energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas
a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente se transforma
en energía eléctrica por medio de los generadores.
Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de
agua y, una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir
pantanos, presas, canales de derivación y la instalación de grandes turbinas y
equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas
de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo
son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo
mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en
esta fuente de energía.
MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DEL CARRO
2 carretes de nilón de 10 libras
2 carretes de nilón de 50 libras, obviamente vacíos
2 tubos para cortina viejos
1 par de guantes usados de caucho
1 tabla de madera triplex, de un cuadro de pinturas
1 tarro de pegante por 12 litros
Cinta de cable gris
1 barra de silicona
1 botella de coca cola vacía por 600 ml
1 válvula de aire para bicicleta sin miple
Pintura dorada
CONSTRUCCION
Primero se toma el tarro de pegante y se corta por menos de la mitad para la carrocería,
se le abren los huecos para los tubos de cortina, luego se pega con la tabla de madera
para crear así la estructura, la botella de Coca-Cola es pegada en la parte superior
mirando hacia la “tapa” del tarro de pegante. A la botella de Coca-Cola se le instala la
válvula de presión en la tapa de la botella, a continuación se le instalan los carretes de
10 lbs en el tubo de cortina en la parte de adelante y los de 50 lbs en el tubo de atrás.
Luego le ponemos parte de los guantes a los carretes para que tenga mayor superficie
de fricción. A continuación le ponemos cinta de cable para que quede fuerte. Luego lo
pintamos.
PROCEDIMIENTO PARA REALIZAR EL CONCURSO
Después de haber diseñado y creado el carro, este participa en el concurso, el cual
consiste en saltar una rampa y caer en otra que se encuentra ubicada a 50 cm de
distancia, luego 75 cm hasta llegar a una distancia de 1.25 cm; a medida que se va
logrando el objetivo, se van separando las rampas, lo cual hace que haya una mayor
medida entre las rampas. El éxito de este concurso está en la cantidad de agua que se
le proporcione a la botella (a mayor contenido de agua más largo será su recorrido), la
distancia desde donde será ubicado el carro para que inicie su recorrido (también
depende de la cantidad de agua que se le ha proporcionado a la botella), y de la presión
que le suministramos a la botella y al fluido (para esto utilizamos una bomba de aire
manual con manómetro, el cual ayuda a saber cuál es la presión indicada que se le debe
aplicar al carro), de acuerdo a la presión que se le suministre al carro así mismo será su
impulso.
DEFINICION DE PRESION
Definición: Presión es la fuerza normal por unidad de área, y está dada por:
Donde P es la fuerza de presión, F es la fuerza normal es decir perpendicular a la
superficie y A es el área donde se aplica la fuerza.
Las unidades de presión son:
En el Sistema Internacional de unidades (S.I.) la unidad de presión es el pascal que
equivale a la fuerza normal de un newton cuando se aplica en un área de metro
cuadrado. 1pascal = 1N/m 2 y un múltiplo muy usual es elkilopascal (Kpa.) que equivale
a 100 N/m 2 o 1000 pascales y su equivalente en el sistema inglés es de 0.145 lb. /in 2.
PRESIÓN DE UN FLUIDO
Un sólido es un cuerpo rígido y puede soportar que se le aplique fuerza sin que cambie
sensiblemente su forma, un líquido solo puede soportar que se le aplique fuerza en una
superficie o frontera cerrada si el fluido no está restringido en su movimiento, empezará
a fluir bajo el efecto del esfuerzo cortante en lugar de deformarse elásticamente.
La fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene actúa
siempre en forma perpendicular a las paredes.
Los líquidos ejercen presión en todas direcciones.
La presión de un líquido a cierta profundidad es la misma en todo el fluido a ésa
profundidad y es igual al peso de la columna del fluido a esa altura.
En otras palabras, la presión del fluido en cualquier punto es directamente
proporcional a la densidad del fluido y a la profundidad bajo la superficie del
mismo.
Presión Atmosférica.
Es el peso de la columna de aire al nivel del mar.
P Atm. =1Atm. = 760 mm-Hg = 14.7 lb/in 2 (psi)= 30 in-Hg=2116 ln/ft 2
Presión barométrica.
Es la presión que se mide mediante un barómetro* el cual se puede usar como un
altímetro y puede marcar la presión sobre o bajo el nivel del mar.
* Barómetro: Instrumento que sirve para medir la presión atmosférica.
Presión manométrica.
Es la presión que se mide en un recipiente cerrado o tanque.
Presión Absoluta.
P ABS. = P ATM. + P MAN.
Es igual a la suma de la presión atmosférica más la presión manométrica.
APLICACIONES
Ley de Pascal.
“La presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido confinado dentro de un
recipiente se transmite con la misma intensidad a todo el fluido.”
Una de las aplicaciones de esta Ley es en la “Prensa hidráulica” la cual consiste en dos
cilindros conectados en su parte inferior de diferentes diámetros y que tienen dos
émbolos o pistones y en los cuales si en uno de ellos se aplica una fuerza, la presión de
un líquido, generalmente un aceite.
Si llamamos P e a la presión de entrada en el émbolo menor y P s a la presión de salida
en el émbolo mayor, entonces la presión de entrada es igual a la presión de salida P e =
P s, entonces si P=F/A
F e /A e =F s /A s o sea fuerza de entrada sobre el área de entrada es igual a la fuerza
de salida entre el área de salida.
ECUACIÓN DE BERNOULLI
Formulación de la ecuación
Bernoulli en su obra Hidrodinámica (1738) expuso este principio, que expresa que, en un
fluido perfecto (sin viscosidad, ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto
cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
La Ecuación de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo
largo de una línea corriente.
v = velocidad del fluido a lo largo de la línea de corriente
g = constante gravitatoria
y = Altura geométrica en la dirección de la gravedad
P = presión a lo largo de la línea de corriente
? = densidad del fluido
Para aplicar la ecuación se deben realizar los siguientes supuestos:
Viscosidad (fricción interna) = 0
Caudal constante
Fluido incompresible - ? es constante
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente
Un ejemplo de aplicación del principio lo encontramos en el Flujo de agua en tubería
Obtenido de " http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_Bernoulli
Aplicabilidad
Esta ecuación se aplica en la dinámica de fluidos. Un fluido se caracteriza por carecer
de elasticidad de forma, es decir, adopta la forma del recipiente que la contiene, esto se
debe a que las moléculas de los fluidos no están rígidamente unidas, como en el caso
de los sólidos. Fluidos son tanto gases como líquidos.
Para llegar a la ecuación de Bernoulli se han de hacer ciertas suposiciones que nos
limitan el nivel de aplicabilidad:
El fluido se mueve en un régimen estacionario, o sea, la velocidad del flujo en un
punto no varía con el tiempo.
Se desprecia la viscosidad del fluido (que es una fuerza de rozamiento interna).
Se considera que el líquido está bajo la acción del campo gravitatorio únicamente.
Efecto Bernoulli
El efecto Bernoulli es una consecuencia directa que surge a partir de la ecuación de
Bernoulli: en el caso de que el fluido fluya en horizontal un aumento de la velocidad del
flujo implica que la presión estática decrecerá.
Un ejemplo práctico es el caso de las alas de un avión, que están diseñadas para que el
aire que pasa por encima del ala fluya más velozmente que el aire que pasa por debajo
del ala, por lo que la presión estática es mayor en la parte inferior y el avión se levanta.
Tubo de Venturi
El caudal (o gasto) se define como el producto de la sección por la que fluye el fluido y
la velocidad a la que fluye. En dinámica de fluidos existe una ecuación de continuidad
que nos garantiza que en ausencia de manantiales o sumideros, este caudal es
constante. Como implicación directa de esta continuidad del caudal y la ecuación de
Bernoulli tenemos un tubo de Venturi.
Un tubo de Venturi es una cavidad de sección S1 por la que fluye un fluido y que en una
parte se estrecha, teniendo ahora una sección
S2 >S1. Como el caudal se conserva entonces tenemos que v2>v1.
Si el tubo es horizontal entonces h1 =h2, y con la condición anterior de las velocidades
vemos que, necesariamente, P1>P2. Es decir, un estrechamiento en un tubo horizontal
implica que la presión estática del líquido disminuye en el estrechamiento.
ANALISIS EXPERIMENTAL
Durante la construcción y las diferentes pruebas realizadas con el carro, pudimos
ver que mientras se mantenía un nivel de agua constante, y se hacían pequeñas
variaciones de presión, el carro obtenía fuerza suficiente para realizar el salto que
estábamos buscando.
Pudimos darnos cuenta que se necesitaba una alineación precisa de las llantas y de la
posición del carro para que este tocara la segunda rampa en la forma esperada.
Se investigó como afectaba la presión sobre y por debajo de una cierta medida, al ser
mayor de lo necesario el carro perdía estabilidad en el aire y no caía de forma correcta
en la segunda rampa.
El carrito al contacto con el agua se debilito y perdió la alineación de la válvula de presión,
con lo cual intentamos realinear con algo de cinta. Igual el carrito siguió jalando hacia el
lado derecho y no se encontró el porqué.
CONCLUSIONES
Los materiales con los que se llevó a cabo el carrito no fueron los correctos ya
que con el constante contacto con el agua se perdió fuerza y alineación.
La forma aerodinámica del carro ayudo a mantener fuerza y estabilidad en el aire.
Además de tenia un buen peso, por lo cual necesitaba poca Agua para
mantenerse, y su medida de grosor era mayor que su altitud por lo cual mantenía
mejor la estabilidad.
Al maximizar la cantidad de presión el carrito mantenía una mejor alineación, pero
perdía el control al saltar, por lo cual se intentó mantener un margen, aunque no
se encontró ya que el carrito mantenía jalando a la derecha.
