Física Mecánica

Proyecto Carro Hidráulico

Profesor: Javier Bobadilla

Presentado por:

Oscar Pulido

Andrés Quintero

Grupo: 2ª1n

Tecnología en Gestión de Procesos Industriales

Ingeniería Industrial

Escuela Colombiana de Carreras Industriales

Bogotá D.C Mayo de 2013-06-01

Objetivo General:

Realizar una modelo a escala de un carro hidráulico con ciertas especificaciones (tamaño, peso, material, cantidad de agua, presión generada manualmente con una bomba de aire, etc.  Para una tarea especial, saltar de rampa a rampa con un cierto ángulo, a una distancia con dimensiones que van aumentando dependiendo del funcionamiento del mismo para así cumplir la meta de este proyecto, obteniendo buenos resultados por la investigación y ejecución de este.También poder ensayar y buscar la manera de tener un cálculo de cómo y con qué material sería más fácil hacer que el carro cumpla con su función ya mencionada para así no tener que hacer cambios de último momento antes de la prueba.

 Objetivo especifico:

Verificar la funcionalidad del carro al momento de correr y saltar, también poder mejorar el carro después de cada ensayo, realizar un tipo de balanceo de la llantas para poder saber que el carro va ir en la misma dirección en la que es puesto antes de realizar el recorrido, poder observar como salta el carro y si el peso de este es el adecuado para que no caiga mal.

Proyecto Carro Hidráulico

Marco Teórico

ENERGÍA HIDRÁULICA

La Energía hidráulica es la producida por el agua retenida en embalses o pantanos a gran altura (que posee energía potencial gravitatoria). Si en un momento dado se deja caer hasta un nivel inferior, esta energía se convierte en energía cinética y, posteriormente, en energía eléctrica en la central hidroeléctrica.  Ventajas: Es una fuente de energía limpia, sin residuos y fácil de almacenar. Además, el agua almacenada en embalses situados en lugares altos permite regular el caudal del río.  Inconvenientes: La construcción de centrales hidroeléctricas es costosa y se necesitan grandes tendidos eléctricos. Además, los embalses producen pérdidas de suelo productivo y fauna terrestre debido a la inundación del terreno destinado a ellos. También provocan la disminución del caudal de los ríos y arroyos bajo la presa y alteran la calidad de las aguas.   

Energía hidráulica

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.

La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor en cuanto se pudo disponer de carbón.La primera central hidroeléctrica moderna se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El renacimiento de la energía hidráulica se produjo por el desarrollo del generador eléctrico, seguido del perfeccionamiento de la turbina hidráulica y debido al aumento de la demanda de electricidad a principios del siglo XX. En 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad.

Antecedentes A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos. Canadá obtiene un 60% de su electricidad de centrales hidráulicas.En todo el mundo, este tipo de energía representa aproximadamente la cuarta parte de la producción total de electricidad, y su importancia sigue en aumento. Los países en los que constituye fuente de electricidad más importante son Noruega (99%), Zaire (97%) y Brasil (96%). La central de Itaipú, en el río Paraná, está situada entre Brasil y Paraguay, se inauguró en 1982 y tiene la mayor capacidad generadora del mundo. Como referencia, la presa Grand Coulee, en Estados Unidos, genera unos 6.500 Mw y es una de las más grandes.En algunos países se han instalado centrales pequeñas, con capacidad para generar entre un kilovatio y un megavatio. En muchas regiones de China, por ejemplo, estas pequeñas presas son la principal fuente de electricidad. Otras naciones en vías de desarrollo están utilizando este sistema con buenos resultados.Centrales hidroeléctricasLa energía hidroeléctrica es una de las más rentables. El costo inicial de construcción es elevado, pero sus gastos de explotación y mantenimiento son relativamente bajos. Aún así tienen unos condicionantes:Las condiciones pluviométricas medias del año deben ser favorablesEl lugar de emplazamiento está supeditado a las características y configuración del terreno por el que discurre la corriente de agua.

El funcionamiento básico consiste en aprovechar la energía cinética del agua almacenada, de modo que accione las turbinas hidráulicas. En el aprovechamiento de la energía hidráulica influyen dos factores: el caudal y la altura del salto para aprovechar mejor el agua llevada por los ríos, se construyen presas para regular el caudal en función de la época del año. La presa sirve también para aumentar el salto. Otra manera de incrementar la altura del salto es derivando el agua por un canal de pendiente pequeña (menor que la del cauce del río), consiguiendo un desnivel mayor entre el canal y el cauce del río. El agua del canal o de la presa penetra en la tubería donde se efectúa el salto. Su energía potencial se convierte en energía cinética llegando a las salas de máquinas, que albergan a las turbinas hidráulicas y a los generadores eléctricos. El agua al llegar a la turbina la hace girar sobre su eje, que arrastra en su movimiento al generador eléctrico.

La tecnología de las principales instalaciones se ha mantenido igual durante el siglo XX.Las turbinas pueden ser de varios tipos, según los tipos de centrales: Pelton (saltos grandes y caudales pequeños), Francis (salto más reducido y mayor caudal), Kaplan (salto muy pequeño y caudal muy grande) y de hélice.Las centrales dependen de un gran embalse de agua contenido por una presa. El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas para adecuar el flujo de agua por las turbinas con respecto a la demanda de electricidad. El agua sale por los canales de descarga.

El agua es devuelta al río en las condiciones en que se tomó, de modo que se puede volver a utilizar por otra central situada aguas abajo o para consumo.La utilización de presas tiene varios inconvenientes. Muchas veces se inundan terrenos fértiles y en ocasiones poblaciones que es preciso evacuar. La fauna piscícola puede ser alterada si no se toman medidas que la protejan.Se mide en metros o hectómetros cúbicos. Los embalses tienen pérdidas debidas a causas naturales como evaporación o filtraciones.

Conceptos Nivel: horizontalidad constante de la superficie de un terreno, o de la superficie libre de los líquidos. Cota: valor de la altura a la que se encuentra una superficie respecto del nivel del mar. Caudal: cantidad de líquido, expresada en metros cúbicos o en litros, que circula a través de cada una de las secciones de una conducción, abierta o cerrada en la unidad de tiempo. Salto de agua: paso brusco o caída de masas de agua desde un nivel a otro inferior. Numéricamente se identifica por la diferencia de cota que se da en metros. Embalse: resulta de almacenar todas las aguas que afluyen del territorio sobre el que está enclavado. Las dimensiones del embalse dependen de los caudales aportados por el río.Su capacidad útil es toda aquélla agua embalsada por encima de la toma de la central. La capacidad total incluye el agua no utilizable.

MATERIALES:

Botella no retorna-ble de 600 mililitros Madera tipo triplex NIPLE de un carro, sin la ojiva para hacer que este no deje salir

el agua de la botella  Espuma forrada para hacer que el espacio libre entre la botella

y la pared de la madera quede con una cierta presión 4 llantas de una material no tan pesado para que no influya de

una manera basta en el funcionamiento del carro al saltar

  

Ahora a empezar con la construcción del carro e ir ensayando la cantidad de agua que se necesita para hacer que el carro alcance el propósito de saltar una rampa de ciertas medidas.

HISTORIA DE LA HIDRÁULICA

Euler, Bernoulli, Reynolds,  Saint Venant, Newton, Pascal…Desde la creación el hombre ha  estado empeñado en multiplicar su fuerza física. Inicialmente se asocio con otros para aplicar cada uno su fuerza individual a un solo objeto. Posteriormente un ilustre desconocido inventó la rueda y otros la palanca y la cuña. Con estos medios mecánicos se facilitaron enormemente las labores. Pronto estos elementos se combinaron y evolucionaron hasta convertirse en ingenios mecánicos muy diversos, que fueron utilizados en la

construcción de los pueblos, en las guerras y en la preparación de la tierra.También el hombre al lado del desarrollo de los dispositivos mecánicos, empezó desde muy temprano la experimentación de la utilización de recursos naturales tan abundantes como el agua y el viento. Inicialmente se movilizo en los lagos y ríos utilizando los troncos de madera que flotaban. Mas adelante la navegación se hizo a ve la aprovechando la fuerza de los vientos.La rueda hidráulica y el molino de viento Son preámbulos de mucho interés para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades d los fluidos para generar y transmitir energía y le enseñaron en forma empírica los rudimentos de la Hidromecánica y sus propiedades.La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. CTESIBIUS en el siglo II A.C., la convirtió en una bomba de doble efecto.En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción de instalaciones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia.GALILEO en 1612 elaboro el primer estudio sistemático de los fundamentos de la Hidrostática.Un alumno de Galileo, TORRICELI, enunció en 1643 la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Construyo El barómetro para la medición de la presión atmosférica.BLAISE PASCAL, aunque vivió únicamente hasta la edad de 39 años, fue uno de los grandes científicos y matemáticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, pero en relación con la mecánica de fluidos son notables los siguientes:·       La formulación en 1650 de la ley de la distribución de la presión en un liquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal.·       La comprobación de que la potencia del vacío se debe al peso de la atmósfera y no a un “horror natural” como se creyó por mas de 2000 años antes de su época.A ISAAC NEWTON, además de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemáticas, se le debe en Mecánica de Fluidos:

·       El  primer enunciado de la ley de fricción en un fluido en movimiento.·       La introducción del concepto de viscosidad en un fluido.·       Los fundamentos de la teoría de la similaridad hidrodinámica.Estos, sin embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes y soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII no existía aun una ciencia integrada sobre El comportamiento de los fluidos.Los fundamentos teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia  se deben a Daniel Bernoulli y a Leonhard Euler en el siglo XVIII.DANIEL BERNOULLI, 1700-1782, perteneció a una famosa familia suiza en la cual hubo once sabios celebres, la mayoría de ellos matemáticos o mecánicos. Gran parte de su trabajo se realizo en San Peterburgo, como miembro de la academia rusa de ciencias. En 1738 en su “Hidrodinámica”, formulo la ley fundamental del movimiento de los fluidos que da la relación entre presión, velocidad y cabeza de fluido.LEONHARD EULER, 1707-1783, también suizo, desarrollo las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los métodos teóricos de análisis en la Mecánica de Fluidos. A Euler se le debe también la ecuación  general del trabajo para todas las maquinas hidráulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), además de los fundamentos de la teoría de la flotación.En 1985, después de 135 años de  la formulación de la ley de Pascal, JOSEPH BRAMAH, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.Inmediatamente  siguieron  sin numero de aplicaciones y como era  de  esperarse, se abrió un mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto técnicas como financieras de su tiempo.LAGRANGE, HELMHOLTZ Y SAINT VENANT.

En los años posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energía hidráulica, la cual era distribuida a grandes distancias por tuberías hasta las fabricas donde accionaban molinos, prensas, laminadores y grúas.Todavía  funcionan en algunas ciudades europeas las redes de distribución de energía hidráulica. En Londres, por ejemplo, esta aun en servicio la empresa ” The London Hydraulic Power Co.”, con capacidad instalada de 700 HP y 180 millas de tubería de distribución. En la misma ciudad, el famoso Puente de la Torre, es accionado hidráulicamente, así como el ascensor principal en el edificio de la institución de los Ingenieros Mecánicos.En el periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se tomó en cuenta la viscosidad y la teoría de la similaridad. Se avanzó con mayor rapidez por la expansión tecnológica y las fuerzas productivas. A este período están asociados los nombres de GEORGE STOKES y de OSBORNE REYNOLDS, 1819-1903 y 1942-1912, respectivamente.En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presión y se introdujeron los sellos de caucho sintético. Diez años después los servomecanismos electrohidráulicos ampliaron el campo  de aplicación de la  oleohidráulica (rama de la hidráulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los años sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formación profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la fluídica.BIBLIOGRAFIA·        Betancourt Hugo, Memorias curso de oleo hidráulica Medellín marzo 1 al 11 de 1989.  Editorial Limusa·        Enciclopedia Monitor. Editorial SALVAT.·        Enciclopedia Encarta. Microsoft Corporación.·        INTERNET:    www.galileo.imssfirenze.   www.loner.ccsr.uluc.edu.

Conclusiones del Proyecto

Lo más importante fue poder elaborar el carro con ciertas características diferentes de los demás, poniendo a prueba la creatividad de cada uno frente, a la meta que se quería cumplir que era de saltar de rampa a rampa, con una distancia entre estas de 20 cm. inicialmente y así sucesivamente iba aumentando la longitud entre las rampas a medida que se iba cumpliendo con el salto perfecto, caer en las 4 ruedas sobre la rampa.

La realización y esfuerzo de cada uno de los estudiantes de Ingeniería Industrial para la elaboración, realización, proyección, y demás cosas relacionadas con el proyecto de física con el profesor Javier Bobadilla que nos dio las pautas para hacer el carro con las especificaciones de las rampas .Se llego a la conclusión de que la alineación, peso, cantidad de agua, dirección, tracción en las llantas, ángulo de incidencia de la botella y demás características eran claves para un buen desempeño del carro en su meta, que era poder saltar de rampa a rampa .Para esto se tenía que calcular la cantidad de veces que se tenía que bombear si no tenía un manómetro, la distancia a la que se alejaba el carro para que no se pasara o le faltara al momento de saltar.También se demostró que en muchas veces el peso ayuda a mantener la dirección del carro, pero al momento de saltar si está mal distribuido este mismo hará que el carro salte pero caiga de lado o en su defecto que no alcance a subir la rampa.Lamentablemente no se pudo cumplir el objetivo planteado que era poder saltar la rampa, por una mala distribución del peso en el carro, esto hizo que tuviera que hacerle ciertas modificaciones de último momento, pero no funciono porque este se iba de lado, es decir, saltaba pero al momento de caer no lo hacía en la dirección en la que lo mandaba.Por último puedo afirmar que fue muy interesante poder hacer proyectos así, en donde uno tiene que pensar cómo puede mejorar cada cosa investigando y ensayando sobre el mismo, además en los ensayos fue muy divertido y cómico ver como los demás compañeros hacían andar los carros, pero estos no saltaban, solo hacían piruetas y nos lavaban, se olvido la rivalidad y entre todos empezamos a dar opinión de otros carros, con supuestas fallas, para que los dueños las corrigieran.Fue gratificante poder realizar el carro y aunque no salto como lo esperaba me esforcé mucho por hacerlo bien, y en los ensayos queda demostrado, pero el error más grande fue no poder ensayar con rampas similares a las medidas dadas por el profesor Javier Bobadilla.

 

 

Etiquetas:

Javier Bobadilla

David Bernal

Iván Romero

Jorge Riscanevo

Andrés Quintero

Oscar Pulido

Proceso de creación del carro

ProcesoPara la creación del carro empecé basándome en un carro de juguete para desde ahí comenzar a construir el mío para el proyecto, pero cuando tuve en mis manos el carro de juguete de un primo, me di cuenta que le faltaba demasiado para lograr cumplir la meta, poder saltar de rampa a rampa con una buena dirección y un buen balance del peso para que no se fuera hacia los lados .

Este es el modelo desde donde partí ara realizar el mío, en primera instancia, lo quise probar con unas llantas diferentes a las del juguete, por eso se le adecuaron unas a base de CDs con unos ejes no tan estáticos los cuales no eran muy fijos en el momento que el carro empezaba a andar bajo la reacción del agua y aire comprimido.

Prueba tras prueba confirmaban algo que no esperaba, el carro andaba derecho sin perder su dirección  pero el problema era que las llantas por lo altas, hacían que el carro fuera con una velocidad muy baja, y esto obviamente haría que no pudiera saltar las rampas y tenia que tomar una decisión frente a estas.

Por esta razón empece a probar con un material( llantas)  que fuera mas pequeño, para que cuando el agua golpeara el piso, la válvula estuviera lo mas cerca posible al suelo para hacer mover el carro con una velocidad suficiente para saltar las rampas. También le tuvimos que quitar una base al chasis en la parte final, para hacerle un tipo de cama a la botella para que estuviera fija cuando expulsaba el agua por la válvula .

Después de varios intentos fallidos en la mejora de las llantas o sistema de tracción  llegamos a probar con un material más pesado para que este además de darle dirección al carro, también le generara un peso para que este no se desviara en su trayectoria usamos varillas de un diámetro de 6mm por 120 mm de longitud en los ejes del carro.

Cuando terminamos de alinear las llantas, le pedimos asesoría a varias personas con vasta experiencia en el campo automotriz y más aun en la parte de metrología (ciencia de la medición) dando una opinión de como habían quedado las llantas en los ejes que también los hicimos independientes, es decir, les adaptamos cauchos para hacer que las varillas no se movieran cuando el carro alcanzaba su máxima velocidad.

Cuando por fin pudimos adecuar el carro lo suficiente, aparentemente este ya estaba terminado, ya lo ultimo eran retoques de pintura, pero cuando hicimos los ensayos del carro, en conjunto con compañeros de trabajo, pudimos notar que el carro se iba hacia los lados, porque adelante no tenia peso, solo el de la cabina del carro, pero como era de cartón  no pensamos que afectaría mucho esto.

Por eso optamos por ponerle una especie de pesa en la parte de adelante, debajo de la cabina, para que este tuviera un recorrido casi perfecto, porque a medida que se acababa el agua iba perdiendo dirección y eso era lo único que nos dimos cuenta en el proceso de la creación del carro hidráulico.Cabe decir que las pruebas del carro fueron sobre el plano horizontal, ya que no me quedo tiempo de hacer unas rampas con las medidas que especifico el profesor, entonces es ahí donde viene la pregunta que me hice el día de la competencia.El carro en los ensayos finales corrió muy bien, pero cuando fui a probar que saltara bien este no lo hizo y fue por una cosa muy sencilla el peso que le habíamos metido anteriormente era la que hacía que el carro se agachara antes de llegar a cruzar la otra rampa. Cuando se le quito la pesa, este hacia lo que en un principio contaba de que sin peso adelante y según la inclinación de la botella, esta haría que la botella se desestabilizara y terminara andando hacia otro lado.La respuesta final, es donde yo quede anonadado con la explicación del profe, el me dijo que era la distancia tan corta entre la llanta y el eje esto hacia que cuando el carro estuviera en el aire, este no iba mantener su equilibrio y caería de lado. Del afán no pensé que fuera por eso, y cuando saltaba mal mi carro, cada vez le iba quitando tanto adorno para ver en que estaba fallando el lanzamiento de este por la rampa.En conclusión se practico con el carro, pero no en las condiciones necesarias para saber de cada problema que se le presentara para estar al pendiente y corregirlo.

Acá estoy alistando el carro para la competencia, sin imaginar que mi carro me iba a dar una sorpresa, porque solo lo había ensayado en el plano, mas no en una rampa con las medidas dadas por el profe. El peso y la distancia entre las llantas del carro, hacían que este se fuera hacia los lados cuando iba en el aire.