Resumen

Este proyecto es un brazo hidráulico hecho con jeringas que consta en mover partes del brazo con una presión hecha por el agua en la jeringa. Que cuando se le da presión el agua hace que el brazo se mueva en dirección que usted desea. Así es como pretendo demostrar dinámicamente el funcionamiento de una grúa, científicamente este proceso se le conoce como la teoría de pascal

La mayoría de la gente en alguna ocasión hemos entrado a una alberca sintiendo la presión del agua, cuando nos sumergimos en el fondo de una piscina. Esta presión es causada por la cantidad de líquido que se encuentra encima de nosotros. Así en un metro de profundidad sostenemos una columna de agua de un metro de largo. El peso de agua que provoca presión cuando nos sumergimos es causado por la fuerza de gravedad terrestre. Pero azumamos que además de la fuerza de gravedad ejercemos una fuerza adicional, seguramente seriamos aplastados por la presión ejercida.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

En todo el mundo existe la curiosidad de lograr cosas sorprendentes a través de máquinas y tecnologías para satisfacer distintas necesidades en la construcción, las leyes físicas pueden dar a conocer un proyecto tan interesante como lo es una grúa hidráulica principalmente con esto damos a conocer como esto influye en varias áreas de la vida cotidiana.

Antecedentes

Un brazo hidráulico es una estructura o aparato mecánico que se divide en tres partes unidas entre si y que 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 liquido y un medio gaseoso, su nombre se deriva porque es parecido a un brazo donde las tres partes serian la mano con sus dedos, el brazo y el antebrazo y las partes donde se unen serian la muñeca y el codo, ahora hidráulico es porque como ya te dije que los movimientos son por medio de presión de un liquido que es su caso es aceite mecánico y un gas que están bajo presión, entonces si unimos los términos nos queda Brazo Hidráulico.

PRECURSOR DE LA PRENSA HIDRAULICA:

Joseph Bramah (13-Abril-1748 – 9-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 pequeños, 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 han 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.

EVOLUCION DE LA PRENSA Y GATA HIDRAULICA:

En el inicio se utilizaban prensas manuales, las cuales poseían un sistema de tornillo o perno el cual giraba gracias a la fuerza humana. La prensa hidráulica, desarrollada hacia 1770 por el industrial inglés Joseph Bramah (1749-1814), es una aplicación directa del principio de Pascal. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido.

La fuerza que actúa en la superficie del émbolo menor se transmite a través del fluido hacia el otro émbolo, dando lugar a una fuerza mayor que la primera (en la misma proporción que la superficie de ambos émbolos). Esta primera prensa hidráulica conseguía presiones relativamente pequeñas y no era utilizable para la deformación de metales. Fueron los hermanos Perier quienes, algunos años más tarde, desarrollaron la máquina de Bramah permitiendo alcanzar presiones más altas (sobre 70 kg/cm2), haciéndola apta para trabajos más duros, como el acuñado de monedas o la deformación de plomo.
Sin embargo, la aplicación de la prensa hidráulica para el trabajo del hierro no se produce hasta mediados del siglo XIX, especialmente tras la aparición del modelo desarrollado por el austriaco Haswell, de mucho mayor tamaño y capacidad de presión. A partir de entonces la prensa hidráulica, gracias a la altísima fuerza resultante conseguida, se generaliza para operaciones de elevadas solicitaciones, como el embutido profundo.
Luego esta fue evolucionando hasta llegar a utilizar un sistema de palancas ejercidas por la fuerza humana las cuales utilizaban válvulas que reemplazaron al tornillo o perno.
Luego con el avance tecnológico fueron evolucionando el sistema de palancas hasta llegar a obtener las actuales que siguen funcionando a base de la fuerza humana ejercida, pero han reducido su tamaño y la capacidad de levantar un objeto ha aumentado.

ORIGEN DEL BRAZO HIDRAULICO:

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.

El principio de Pascal fundamenta el funcionamiento de las genéricamente llamadas máquinas hidráulicas: la prensa, el gato, el freno, el ascensor y la grúa, entre otras.
Hay dos conceptos que tenemos que tener claros El de fuerza y el de presión. Fuerza es toda acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. La presión es el resultado de dividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo. De esto sale la formula de Presión = Fuerza/Superficie.     P=F/S De aquí podemos deducir que la Fuerza= Presión X Superficie;   y   Superficie=Fuerza/Presión. La presión se mide generalmente en Kilogramos/Cm 2 . La hidráulica consiste en utilizar un liquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el aceite por medio de una bomba conectada a un motor, se transmite a través de tuberías metálicas, conductos, latiguillos, etc. y se proyecta en cilindros hidráulicos, motores, etc.

Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de aceite, una bomba que lo impulsa, una tubería que lo transmite y un cilindro que actúa

En física, 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.

Objetivo

Dar a conocer cómo funciona una grúa hidráulica y porque levanta cosas muy pesadas por medio de una maqueta.

Justificación

A mí me intereso este tema porque un día vi una maqueta de una grúa y me dio curiosidad investigar sobre las grúas hidráulicas y para qué sirven.

Hipótesis

Si logro demostrar el funcionamiento de una grúa hidráulica por medio de mi maqueta entonces entenderé mejor porque se pueden cargar cosas muy pesadas con mucha facilidad.

Método (materiales y procedimiento)

Realice una investigación de cómo funciona una grúa real, pero solo tenían en ese momento una retro excavadora, esta funciona con el mismo sistema que la grúa ya que tiene unos pistones que le ayudan a hacer fuerza cuando levantan la tierra, los pistones están fabricados con aceite, no logre hacer otra investigación de campo ya que por mi edad no me permiten acceder a los lugares de trabajo de construcción, por seguridad.

La retroexcavadora es una máquina que se utiliza para realizar excavaciones en terrenos. Consiste en un balde de excavación en el extremo de un brazo articulado de dos partes. Se montan normalmente en la parte posterior de un tractor o cargador frontal, no debe ser confundido con una excavadora.
La retroexcavadora se utiliza habitualmente en obras para el movimiento de tierras, para realizar rampas en solares o para abrir surcos destinados al pasaje de tuberías, cables, drenajes, etc., así como también para preparar los sitios donde se asientan los cimientos de los edificios.
La máquina hunde sobre el terreno una cuchara con la que arranca los materiales que arrastra y deposita en su interior.
El chasis puede estar montado sobre cadenas o bien sobre neumáticos. En este último caso están provistas de gatos hidráulicos para fijar la máquina al suelo.

Realice una maqueta de un brazo de una grúa para demostrar mi proyecto

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.

PALITOS DE MADERA: Serán utilizados como pasadores para que el brazo se mueva de arriba hacia abajo y sostenerlos.

CARTÓN CORRUGADO: es lo esencial para poder elaborar el brazo hidráulico, se podrá dar forma al brazo y construir el carrito para que tenga movilidad horizontal.

MANGUERAS DE SUERO: se utilizará para unir las jeringas para poder darle movimiento al brazo, también se utilizará 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 utilizará para darle color al agua dentro de las mangueras

ARMADO:

Cortaremos el cartón corrugado en forma rectangular para que sea la base de todo el proyecto, posteriormente se procederá a dibujar en el cartón restante las piezas que serán el cuerpo del brazo hidráulico, una vez dibujado las partes procederemos a cortarlas y prepárarlas para ensamblar las piezas y darle forma al brazo, una vez ensamblada las piezas comprobaremos que tenga movilidad y comprobaremos que todo esté acorde al plano, tomaremos las jeringas ,las mangueras y las uniremos, una vez unidas pondremos el líquido de freno o agua y probaremos que tengan el suficiente líquido para que pueda funcionar, luego las adaptaremos al brazo y probaremos que las mismas hagan funcionar al brazo. Pondremos jeringas en la base circular y probaremos que estas muevan el brazo de lado a lado, colocaremos el brazo ya antes armado en la base circular y lo haremos funcionar para poder ver errores en el mismo y poderlo corregir, una vez hecho todo esto comprobaremos que este brazo sea capaz de levantar algún objeto y de transportarlo de un lugar a otro

Galería Método

Resultados

Mi maqueta si funcionó y logre entender cómo funciona una grúa y que gracias a que funciona a través de la hidráulica puede cargar cosas muy pesadas.

Galería Resultados

Discusión

Conclusiones

Para concluir se puede decir que unas grúas hidráulicas pueden ayudar al transporte de cosas muy pesadas, la cual la hace una herramienta muy importante en diferentes ramos de trabajo, como la construcción, en almacenes, astilleros, ferrocarriles, aeropuertos, etc.

Bibliografía

http://proyectos11-02.blogspot.mx/2011/06/brazo-hidraulico-con-jeringas_06.html
Hidráulica
Francisco Javier Domínguez
Ed Universitaria

www.ingenieria.unam.mx/~deptohidraulica/publicaciones/pdf_publica…

Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Method Gallery

Results

Results Gallery

Discussion

Conclusions

Bibliography