¿QUÉ ES UN BRAZO HIDRÁULICO?

Para entender los contenidos del tema hidráulica, se construyó un brazo hidráulico, poniendo en juego los principios físicos en los que se basan los circuitos hidráulicos utilizando en numerosas máquinas y herramientas.

Brazo: Miembro superior del cuerpo humano que va desde el hombro a la mano Hidráulico: Es una rama de la física y la energía que se relaciona con el estudio de

las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.

Este brazo se divide en tres partes (mano, brazo y antebrazo) y están unidas por la muñeca y el codo, se pueden mover independiente mente una de la otra y dichos movimientos son realizados por aumento o disminución de la presión ejercida por un medio líquido y un medio gaseoso.

RESUMEN

Nuestro proyecto se basa en el principio de Pascal el cual nos dice que: “el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (liquido); contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo”.

Por ejemplo si tomamos una esfera hueca y la perforamos en diferentes lugares y con ayuda de un émbolo, llenamos la esfera con agua, el embolo ejercerá una presión, lo cual provocara que el agua salga por todos los agujeros con la misma presión.

El brazo hidráulico es capaz de levantar objetos a una cierta distancia.

En la realización del proyecto se usaron principalmente:

Jeringas y mangueras; para hacer una transmisión de presión y lograr que los émbolos se movieran y esto provocara el movimiento del brazo.

Madera, clavos y bisagras para hacer el soporte y la estructura del brazo.

Para poder aplicar el principio de Pascal, fue necesario utilizar un fluido (agua) que es transmitido por medio de una jeringa provocando así una presión ejercida por el embolo para causar el movimiento del brazo.

MARCO TEÓRICO

Fluido: Es una sustancia cuyas partículas se mueven y cambian sus posiciones relativas con gran facilidad, en forma más específica un fluido se define como una sustancia que se deforma continuamente, o sea, que fluye bajo la acción de un esfuerzo constante, sin importar lo pequeño que este sea.

Densidad:

Una propiedad importante de cualquier materia es la densidad, definida como su masa por unidad de volumen. Un material homogéneo tiene la misma densidad a través de este. Usamos ρ para la densidad. Si una masa m de material homogéneo tiene un volumen V, la densidad ρ está dada como:

ρ=mV

En general, la densidad depende de la temperatura y de la presión.En un fluido, los choques de las moléculas producen una fuerza perpendicular a la superficie de cualquier objeto en contacto con el fluido.

La presión ρ es igual a:

ρ=dFdA

Si la presión es constante:

ρ=FA

La presión es una cantidad escalar, no tiene dirección.

Su unidad es:

[ ρ ]=Pa= Nm2

Hay una relación simple entre la presión en cualquier punto de un fluido en reposo y la altura y del punto.

Asumimos ρ y g constante.

Consideramos un elemento del fluido de altura dy y superficie A.

El volumen del elemento: dV = A dy

Su masa: dm = ρ A = ρ A dy

Su peso: dw = dm g = ρ g A dy

La fuerza sobre la parte inferior: Fy inf = ρ A

La fuerza sobre la parte superior: Fy sup = - (ρ + dρ) A

Como el elemento esta en equilibrio, debemos haber:

Σ Fy = 0

ρA – (ρ + dρ)A – ρg A dy = 0

Simplificamos a:

d ρdy

=−ρg

El signo negativo significa que cuando y aumenta, la presión p disminuye.

A partir de esta relación podemos deducir la diferencia de presión en dos alturas diferentes (integrando la ecuación anterior): ρ2 – ρ1 = - ρg(y2 – y1)

Nota que la presión es la misma a dos puntos situado a la misma profundidad.

Blaise Pascal (1623-1662): Determinó que si aumentamos la presión a la superficie, la presión a cualquier profundidad aumenta de la misma cantidad.

Ley de Pascal: La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente.

Un ejemplo de la aplicación de este principio es el elevador hidráulico. Un pistón con área transversal pequeña ejerce una fuerza F1 sobre la superficie de aceite.

La presión p = F1/A1 se transmite a través del tubo conector a un pistón de área mayor A2.

Como la presión es la misma:

p= F 1A1F2= A2

A1F1

La fuerza es multiplicada por el factor:

A 2A1

Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la presión desarrollada en el pistón B es igual a la presión 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. Aplicación de presión 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 sí por una cañería. El mismo principio de transmisión de la presión puede ser aplicado, y la presión desarrollada en el pistón B va ser igual a la presión ejercida por el pistón A.

El brazo hidráulico es también una maquina simple (un artefacto mecánico que transforma una fuerza aplicada en otra resultante, modificando la magnitud de la fuerza, su dirección, la longitud de desplazamiento o una combinación de ellas) que funciona como palanca.

Problema:

Po

P

Po + ∆P

h

P = Po + p g h

P´ = Po + ∆P + p g hP´ = P + ∆P

P´ = P + ∆P

h

La presión ejercida por un fluido incompresible en reposo, dentro de un recipiente cerrado se transmite con igual magnitud en todas las direcciones como en todos los puntos del fluido.

Objetivos: Demostrar cómo es que aplicando el principio de Pascal es posible armar un brazo

hidráulico. Comprobar como con ayuda de un brazo hidráulico es más fácil tener acceso a

objetos que se encuentran a una distancia considerable.

Materiales y su funcionamiento:

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.

Desarrollo:

1. Se cortó la madera en forma rectangular de x – x, ya que esta seria la base de todo el proyecto.

2. Posteriormente en la madera restante se dibujaron el resto de 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.

3. Luego ensamblaremos las piezas para darle forma al brazo, una vez ensamblada las piezas comprobaremos que tenga movilidad y comprobaremos que todo esté acorde al plano.

4. Tomaremos las jeringas, las mangueras y las uniremos, una vez unidas pondremos el agua y probaremos que tengan el suficiente líquido para que pueda funcionar.

5. Luego las adaptaremos al brazo y probaremos que las mismas hagan funcionar al brazo.

6. Pondremos jeringas en la base circular y probaremos que estas muevan el brazo de lado a lado.

7. Colocaremos el brazo ya antes armado en la base circular y lo haremos funcionar para poder ver errores en el mismo y poderlo corregir.

8. Una vez hecho todo esto comprobaremos que este brazo sea capaz de levantar algún objeto y de transportarlo de un lugar a otro.

Resultados:

Análisis:

Conclusiones: