Proyecto grua hidraulica revista

CONSTRUCCIÓN DE UNA GRÚA HIDRÁULICA PARTIENDO DEL PRINCIPIO DE PASCAL

a

ULA NURR

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES NÚCLEO UNIVERSITARIO “RAFAEL RANGEL” DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y MATEMATICA ÁREA FISICA TRUJILLO, VENEZUELA

CONSTRUCCIÓN DE UNA GRÚA HIDRÁULICA PARTIENDO DEL PRINCIPIO DE PASCAL

Proyecto para la materia física 11

Autores: Melina Vásquez C.I.: 25.913.321 Elías Gómez C.I.: 26.121.806 Luis Rivero C.I.: 26.413.068 Profesor: Jesús Briceño

Trujillo, mayo de 2016

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ÍNDICE GENERAL

INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Planteamiento del Problema Formulación Objetivos de la Investigación Objetivo general Objetivos específicos Justificación Delimitación CAPITULO II MARCO TEORICO Blaise Pascal Principio de Pascal Prensa Hidráulica de Pascal Fluido Presión Hidrostática Aplicación de la fuerza de fuerza en la grúa Transmisión de potencia CAPITULO III MARCO EXPERMIENTAL Materiales y Procedimiento Resultados Conclusión Bibliografía Anexos .

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INTRODUCCIÓN

Desde inmemorables,

tiempos la

Ideado por el filósofo, matemático

luchado por conseguir hacer las

y físico Blaise Pascal, quien hace

cosas más fáciles, implementando

referencia a que la presión que

en sus labores herramientas que lo

ejerce un fluido alojado en un

ayuden a desarrollar el trabajo

envase

pesado sin tanto esfuerzo, para así

deforman (estando el líquido en

lograr ser más eficientes. En esa

equilibrio

búsqueda

de

comprimirse), se transmite con

el

idéntica intensidad en todos los

han

puntos de dicho fluido y hacia

dichas

por

el

la

hombre

de la hidráulica es el de Pascal,

creación

herramientas

desarrollo

tecnológico,

para se

usado las características lo que

cuyas

paredes

y

sin

no

se

poder

cualquier dirección.

nos rodea y aplicado muchos

Es decir, de acuerdo a lo

conocimientos, como por ejemplo

advertido por Pascal, el agua que

el de la hidráulica, que es una

ingresa a un recipiente con las

rama de la física y la energía la

características

cual se relaciona con el estudio de

puede ser expulsada por cualquier

las propiedades mecánicas de los

agujero con a la misma presión y

fluidos. El principio más importante

velocidad.

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mencionadas,

CAPITULO I EL PROBLEMA DE INVESTIGACION Planteamiento del problema

En

las

construcciones,

industrias es

de

y vital

fluidos, como el realizado por el físico

Blaise

Pascal

experimentos

de elevación y de levantamiento de

hidráulica. Por eso, la investigación

pesos que haga posible realizar

plantea realizar la demostración de

sus tareas sin mano de obra

que mediante la aplicación de

numerosa, y de manera eficaz;

presión a un líquido se generan

esto se logra mediante el uso de

fuerzas

grúas.

levantar grandes pesos, para así

realizan

grúas su

hidráulicas

de

prensa

mover

o

de

entender el funcionamiento de las

levantamiento aprovechando las

maquinas que usan dicho principio

propiedades de los líquidos, como

y adquirir nuevos conocimientos en

se ha mencionado anteriormente,

los que a ellos se refiere. Con lo

todo gracias al estudio previo

anteriormente

sobre

establece la siguiente interrogante:

el

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trabajo

capaces

la

sus

importancia contar con un sistema

Las

sobre

en

comportamiento

de

expuesto

se

Formulación del problema

Desde el punto de vista teórico, ¿es posible elaborar una grúa a partir del principio de Pascal?

Objetivos de la investigación

Objetivo general 

Construir una grúa hidráulica partiendo del principio de Pascal.

Objetivos específicos 

Operar una grúa hidráulica construida aplicando el Principio de Pascal.



Observar la aplicación de fuerzas mediante fluidos en la grúa hidráulica.



Mostrar que en el brazo hidráulico es el mismo proceso de la prensa hidráulica.

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JUSTIFICACIÓN

El desarrollo del proyecto sobre la construcción de una grúa hidráulica partiendo del principio de Pascal busca la adquisición de nuevos conocimientos sobre la física para estudiantes de ingeniería, demostrando así su utilidad y aplicación a gran escala en materia de industrias y trabajos de levantamiento de pesos. Es importante señalar que con esto también se logrará la visualización de los temas correspondientes a la materia de física 11 para el futuro día a día como ingenieros de los estudiantes.

DELIMITACION

La realización de este proyecto estará comprendida en el periodo correspondiente al semestre B-2015 del NURR, Tendrá lugar en las inmediaciones de la misma institución la cual cuenta con las características óptimas para el desarrollo de principio a fin de la investigación. Cabe destacar, que la construcción de la grúa hidráulica se llevará a cabo con materiales reciclados y de bajo costo, en consecuencia a las posibilidades económicas actuales.

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MARCO TEORICO El Brazo Hidráulico La idea del brazo hidráulico apareció

basándose

descubrimiento hidráulica

de

de

en la

Pascal,

el

prensa la

cual

material y luego bajarlo cuando se disminuía

la

fuerza.

Con

el

transcurso de los años este brazo fue adquiriendo mejorías tanto en

permite levantar grandes masas

materiales

con pequeñas fuerzas aplicadas en

funcionamiento.

el

la

descubre la prensa hidráulica estos

antigüedad por la necesidad de

brazos cambiaron radicalmente ya

construir

que se comenzaron a utilizar un

brazo

hidráulico.

grandes

En

edificaciones

crearon

una

herramienta

levantar

y

transportar

que

utilizaban

para

sistema

como

en

Cuando

parecido

a

la

su Pascal

prensa

grandes

hidráulica, las cuales permitían

para

la

levantar grandes pesos con menos

construcción; esta herramienta era

esfuerzo. En nuestra época estos

un brazo de madera que giraba

brazos hidráulicos son utilizados

sobre un eje para poder levantar y

para diferentes objetivos como

llevar el material de un lugar a otro.

son: para las construcciones, para

El brazo constaba de un sistema

el transporte de carga, para la

de poleas que por la fuerza de los

simulación del funcionamiento de

trabajadores

las partes del cuerpo humano .

masas

que

jalaban

las

cuerdas le permitía levantar al [Escriba texto]

La aplicación de este Principio puede observarse en diversos dispositivos que apelan a la energía hidráulica, como por ejemplo: 

En los neumáticos de los distintos vehículos existentes.



En el sistema de frenado antibloqueo de los automóviles.



En los refrigeradores



En grúas con alta capacidad de levante de peso.



En la robótica, como articulación en extremidades.

Al hablar del principio de Pascal, debemos resaltar el tema de fluidos ya que este es parte vital de dicho principio.

La parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los fluidos en equilibrio se denomina como Hidrostática. 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.



Cinemática: De los líquidos llamada Hidrodinámica.

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.

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La hidrodinámica estudia la dinámica de los líquidos. Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes: 

que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases;



se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento;



se supone que el flujo de los líquidos es un régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como

diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc. Daniel Bernoulli fue uno de los primeros matemáticos que realizó estudios de hidrodinámica, siendo precisamente él quien dio nombre a esta rama de la física con su obra de 1738,Hydrodynamica.ç

Blaise Pascal Fue un matemático, físico, filósofo cristiano y escritor francés. Sus contribuciones a la matemática y a la historia natural incluyen el diseño y construcción de calculadoras mecánicas, aportes a la teoría de la [Escriba texto]

probabilidad, investigaciones sobre los fluidos y la aclaración de conceptos tales como la presión y el vacío. Después de una experiencia religiosa profunda en 1654, Pascal abandonó la matemática y la física para dedicarse a la filosofía y a la teología.

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. En pocas palabras, se podría resumir aún más, afirmando que toda presión ejercida hacia un fluido, se esparcirá sobre toda la sustancia de manera integral Es así como, se debe tener muy claro el concepto de la presión hidrostática para poder tener una mejor comprensión del funcionamiento experimental del principio de pascal y sus aplicaciones posibles.

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Prensa Hidráulica de Pascal La

prensa

ejerce una fuerza F1 la presión p1 que

hidráulica

es

se origina en el líquido en contacto

permite

con él se transmite íntegramente y de

amplificar las fuerzas y constituye el

forma casi instantánea a todo el resto

fundamento de elevadores, prensas

del líquido. Por el principio de Pascal

hidráulicas, frenos y

esta

una máquina compleja

que

muchos

otros

presión

será

igual

a

la

dispositivos hidráulicos. La prensa

presión p2 que ejerce el fluido en la

hidráulica

sección S2

constituye

la

aplicación

Fluido

fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite

Se

entender

de medio continuo formado por alguna

mejor

Consiste,

en

su

significado.

esencia,

en

dos cilindros de

denomina fluido a

un

tipo

sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La

diferente sección comunicados

entre

propiedad definitoria es que los fluidos

sí, y cuyo interior está completamente

pueden cambiar de forma sin que

lleno

aparezcan

de

un

líquido

ser agua o aceite. secciones

que

puede

Dos émbolos de

diferentes

se

ajustan,

en

su

seno

fuerzas

restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" (lo cual constituye la

respectivamente, en cada uno de los

principal

dos cilindros, de modo que estén en

deformable, donde sí hay fuerzas

contacto con el líquido. Cuando sobre

restitutivas).

el émbolo de menor sección S1 se

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diferencia

con

un sólido

Un fluido es un conjunto de partículas que se mantienen unidas entre si por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases.

Presión hidrostática 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 Por otro lado, 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. Para los motivos de la realización de la grúa hidráulica planteada se utilizó agua cuya densidad es de 1000 Kg/m3.

Aplicación de fuerza a grúa hidráulica Las jeringas utilizadas en la construcción de la grúa hidráulica actúan como pistones, un pistón se trata de un émbolo que se ajusta al interior de las paredes de la grúa. Estas Efectúan un movimiento alternativo, obligando [Escriba texto]

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 un líquido o de un gas.

Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón accionante en la base de la grúa. La presión interna desarrollada en el fluido por su densidad ejerce una fuerza de empuje en el pistón dentro de la grúa.

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 interior es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón accionante, asumiendo que los diámetros de ambos pistones son iguales y sin importar el ancho o largo de la distancia entre los pistones, es decir por donde transitará el fluido.

Transmisión 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.

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MARCO EXPERIMENTAL Construcción de la grúa hidráulica Se necesitó de los siguientes materiales y herramientas: 1. Jeringas de 10ml

2. Cinta Adhesiva

3. Palillos de altura

4. Regla

5. Paletas de madera

6. Hojilla para cortar

7. Cajas de cartón

8. Lapicero

9. Manguerilla plástica

10. Pistola de silicón

11. Papel

12. Silicón en barra

13. T-Raps

14. Pinza

15. Alambre delgado

16. Alicate

Procedimiento Experimental Antes de colocar el líquido en el sistema se mezcló con un poco de colorante azul artificial de manera que fuera más atractivo a la vista e incluso más fácil contemplar

el paso del agua por medio de las jeringas y las

manguerillas plásticas.

Se introdujo el líquido (agua) dentro de las respectivas jeringas, tanto de las internas, como las accionantes para poner a prueba el sistema interno de la grúa.

Se probó que el movimiento de cada jeringa satisfacía correctamente el movimiento del brazo indicado en la grúa al accionar cada una de ellas.

Fue comprobado el ajuste de la pieza que actúa como pinza para poder sostener objetos de tamaño pequeño y no muy pesados.

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Los objetos utilizados serán pequeños cubos hechos de material reciclable.

Se comprobará la efectividad de la grúa al apilar los cubos de material reciclable uno sobre otro de manera vertical.

Resultados El sistema hidráulico de las jeringas y las manguerillas plásticas funcionó de manera muy segura y eficaz, probó resistir la presión del líquido y la fuerza que este aplica sobre el armazón. No se hallaron indicios de algún derrame u obstrucción lo que aporta información vital sobre la pureza del sistema.

El colorante azul artificial utilizado demostró ser de gran ayuda al momento de ver como se traslada por medio del sistema, el agua desde su respectiva jeringa accionante a la jeringa ubicada en el esqueleto de la grúa.

Las

3

jeringas

accionantes

ubicadas en

la

base

funcionan

perfectamente haciendo mover sus respectivas áreas dentro de la grúa de manera que hacen posible el movimiento de la misma.

Por último, la pinza cumplió su objetivo levantando y apilando en orientación vertical los cubos de material reciclable de manera satisfactoria sin presentar ningún tipo de inconveniente o error.

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CONCLUSION El ingenio del ser humano le ha permitido ser capaz de crear herramientas cuya fuerza le permitió a través de la historia, construir toda sociedad en la cual nos desenvolvemos actualmente. Esta es una fuerza que va más allá de su propio cuerpo, es la aplicación de las fuerzas que nos ofrece la naturaleza.

Pascal, un hombre ingenioso, nos dejó como vestigio de su sabiduría un ejemplo de cómo utilizar esta fuerza para beneficio propio y de la humanidad.

A pequeña escala la grúa hidráulica puede levantar objetos pequeños como ha sido anteriormente comprobado, pero sin embargo a un nivel macro esta puede llegar a tener una fuerza enorme y llegar a poder levantar por ejemplo: taludes de tierra, rocas, material de construcción entre muchas cosas más. Lo que nos aporta información suficiente para saber que esta herramienta es muy útil para cumplir tareas pesadas.

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BIBLIOGRAFIA

http://proyectos11-02.blogspot.com/2011/06/brazo-hidraulicocon-jeringas_06.html http://www.areaciencias.com/fisica/principio-de-pascal.html http://procedimientos0brazohidraulico.blogspot.com/2011/02/ brazo-hidraulico-basado-en-el-principio.html http://www.buenastareas.com/ensayos/Proyecto-DeF%C3%ADsica-Gr%C3%BAaHidr%C3%A1ulica/38800945.html

www.biografiasyvidas.com/biografia/p/pascal.htm https://lagruahidraulica.wordpress.com/tag/pascal/ https://www.youtube.com/watch?v=R82cqi4JLV8

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Anexos

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