Acevedo Laborín Daniela Elevador Acevedo Laborín Gabriela Hidráulico Moreno Soberanes Centro de Bachillerato Te c n o l ó g i c o i n d u s t r i a l y de servicios N°11
M.D.T Ma. Ivonne Vidal Quintanar
Fsica II
! " "d#inistración de Sebastian $ecursos %u#anos
Salazar Valdez Nicole El siguiente trabajo trata de la ley o rinciio de !ascal junto con un elevador "idráulico# $a%bi&n $ a%bi&n se verá una entrevista sobre sobre el elevador' y en la ráctica una %a(ueta)rototio de un uente "idráulico#
Índice Introducción
2
Investigación bibliográfica
3
Antecedentes (marco teórico)
3
Usos y Aplicaciones
5
Tipos de elevadores idráulicos
!"
#ntrevista
!!
$resupuesto% compra y log&stica del prototipo
!2
'onclusión
!
Aneos (glosario)
!
*ibliograf&a
!5
*
Introducción #n el siguiente siguiente traba+o se ablará de una erramienta erramienta ,ue normalmente normalmente se utili-a en los talleres automotrices% o lugares donde se tiene ,ue cargar materiales pesados. #ste es el elevador idráulico% ,ue con una pe,ue/a fuer-a ,ue se le apli,ue puede causar una gran reacción. $ero% 0,u1 tiene ,ue ver esto con la f&sica #ste elevador idráulico se basa en el $rin $rinci cipi pio o de $asca $ascall y verem veremos os en la inve invest stig igaci ación ón como como 1ste 1ste infl influy uye e en su funcionamiento. e anali-ará el $rincipio y veremos cómo se relaciona en este ámbito. Tambi1n se ablará detalladamente de sus aplicaciones y usos para facilitar las tare tareas as del del ser ser uma umano no.. 4a idr idráu áulilica ca infl influi uirá rá muc muco o en este este trab traba+ a+o o de investigación. espu1s espu1s se verá una investigación investigación de campo para ver cómo la f&sica f&sica participa en el uso de la erramienta idráulica en el entorno de un área de producción6 as& como ,u1 es la idráulica y ,u1 tan importante es para ,ue estas má,uinas funcionen me+or.
+
Investigación Bibliográfica 4os elevadores idráulicos logran su movimiento mediante una bomba% ,ue está conectada a un motor ,ue inyecta aceite% agua o cual,uier otro l&,uido impenetrable a presión% por unas válvulas% desde un depósito a un cilindro% cuyo pistón sostiene y empu+a la plataforma% para ,ue ascienda. #n el descenso se de+a vaciar el pistón del aceite% agua o cual,uier l&,uido impenetrable mediante una válvula con una gran p1rdida de carga para ,ue se aga lentamente. e este modo% el elevador idráulico solamente consume energ&a en el ascenso. #ste tipo de ascensor no tiene contrapeso. on los más seguros% más lentos y los ,ue más energ&a consumen% aun,ue son los más indicados para instalar en edificios sin elevador. #stos elevadores son los más usados en los talleres automotrices. e usan la mayor&a del tiempo para levantar autos% aun,ue debido a su eficacia% tambi1n se utili-an para levantar aviones% camionetas y mucos ve&culos más. e basa en el $rincipio $rincipio de $ascal% ,ue dice ,ue un cambio de presión aplicado aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente% se transmite sin alteración a trav1s de todo el fluido de forma igualitaria.
Antecedentes (Marco Teórico) Teórico) Blaise Pascal
Aun,ue vivió 7nicamente asta la edad de 38 a/os% fue uno de los grandes cien cient& t&fficos icos y mate matemá mátticos icos del del sigl siglo o 9:I 9:II. ;ue ;ue resp respon ons sabl able de muco ucos s descubrimientos importantes% pero en relación con la mecánica de fluidos son notables los siguientes< 4a formulación en !=5" de la ley de la distribución de la presión en un l&,uido contenido en un recipiente. e conoce esta% como 4ey o $rincipio de $ascal. #stablece< Un cambio de presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin alteración a través de todo el fluido. Es igual en todas las direcciones y actú actúa a medi mediant ante e fuerz fuerzas as perp perpend endic icul ulare ares s a las las pared paredes es que que lo cont contie iene nen n.
> dico de otra forma% los l&,uidos transmiten presiones con la misma intensidad en todas las direcciones. Aplicar una fuer-a pe,ue/a y obtener como resultado una muco mayor capa- de mover ob+etos muy pesados. ,
#ste principio ayudó al funcionamiento de mucos mecanismos ,ue se ven muco oy en d&a6 entre ellos está el elevador idráulico ,ue utili-a una fuer-a menor para levantar un peso mayor% tambi1n el ?gato@ ó ?acB@ ,ue se utili-a para levantar automóviles. u fórmula ser&a as&< F ₁ A ₁
F ₂
=
A ₂
Principio de Arqumedes!
Cos dice ,ue< "Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo# recibe un empu$e de aba$o %acia arriba igual al peso del volumen del fluido que desalo$a".
#sta fuer-a recibe el nombre de empu+e idrostático y se mide en CeDtons. #l principio se formula de esta forma< # E m g E pf g :
> bien<
#E Fm g E Fpf g :
onde # es el empu+e% pf es la densidad del fluido% : el volumen del fluido despla-ado por el cuerpo sumergido% g la aceleración de la gravedad y m la masa. e este modo% el empu+e depende de la densidad del fluido% del volumen del cuerpo y de la gravedad eistente en ese lugar.
-
Elevador &idr'ulico
A principios del siglo 9I9% más espec&ficamente a partir de !G35% los elevadores de pistón idráulico ya se utili-aban para levantar cargas de gran peso en algunas fábricas europeas. 4a cabina estaba montada sobre un 1mbolo de acero ueco ,ue llegaba en una perforación cil&ndrica ubicada en el suelo. #l agua impulsada a presión dentro del cilindro ac&a subir el 1mbolo ! y la cabina% ,ue ca&an debido a la gravedad cuando el agua se liberaba de dica presión. #l agua y la fuer-a tuvieron muco 1ito. Huestra de ello% es ,ue sólo die- a/os más tarde% el f&sico illiam Tompson (!G2 J !8"K) puso en marca el primer elevador elevador idráulico idráulico de la istoria% elevándolo elevándolo mediante mediante presión de agua corriente% corriente% tecnolog&a ,ue todav&a oy es utili-ada para mover grandes pesos. #n las primeras instalaciones% la válvula principal para controlar la corriente de agua agua se mane mane+a +aba ba de form forma a manu manual al medi median ante te sist sistem emas as de cuer cuerda das s ,ue ,ue funcionaban verticalmente a trav1s de la cabina. ebido ebido a su funcio funcionami namient ento o más suave y a su mayor mayor rendim rendimien iento% to% el elevador elevador idráulico reempla-ó de forma general al modelo de una cuerda enrollada en un tambor giratorio. #l control de palanca y las válvulas piloto ,ue regulaban la aceleración y la desaceleración fueron me+oras posteriores.
Usos y aplicaciones 4os elevadores idráulicos% se distinguen de los otros por,ue llevan un pistón ,ue por dentro tiene aceite% y es lo ,ue le propulsa para poder subir. 4a má,uina ,ue lleva está llena de aceite% y cuando el elevador idráulico ,uiere ba+ar% la má,uina absorbe el aceite ,ue está en ese momento en el pistón y en ese instante empie-a a ba+ar acia aba+o. 4os 4os elev elevad ador ores es idr idráu áulilico cos s son son usad usados os com7 com7nm nmen ente te para para leva levant ntar ar automóviles para cambiar una rueda o cambiar el aceite% entre otras cosas. :arias indust industria rias s usan usan tomas tomas idrául idráulica icas s para levantar levantar avione aviones% s% autos autos de carrera carreras s y camionetas. Utili-a un l&,uido incompresible para transmitir la fuer-a% y permite ,ue una pe,ue/a fuer-a aplicada aplicada a lo largo de una gran distancia distancia tenga el mismo efecto ,ue una gran fuer-a aplicada a lo largo de una distancia pe,ue/a. e basa .
en el principio de ,ue un cambio de presión aplicado a un fluido en reposo dentro de un recipiente se transmite sin alteración a trav1s de todo el fluido de forma e,uitativa.
4os elevadores idráulicos% se distinguen de los otros por,ue llevan un pistón ,ue por dentro tiene aceite% y es lo ,ue le propulsa para poder subir. #ste tipo de maniobra es recomendable para edificios con pocas alturas% aun,ue tambi1n se pueden instalar en edificios ,ue tengan más alturas. #l elevador idráulico no necesita contrapeso2. Lay dos tipos de elevadores idráulicos% ,ue son< con impulsión directa o con impulsión diferencial% se ablará más detalladamente sobre ellos más adelante.
4a idráulica se aplica en la mecánica de fluidos en ingenier&a% para construir disp dispos osit itiv ivos os ,ue ,ue func funcio iona nan n con con l&,u l&,uiidos% dos% por por lo gene generral agua agua o acei aceite te.. 4a idráulica resuelve problemas como el flu+o de fluidos por conductos o canales abie abiert rtos os y el dise dise/o /o de pres presas as de emba embals lse% e% bomb bombas as y turb turbin inas as66 en otro otros s /
dispos dispositi itivos vos como como bo,uil bo,uillas las%% válvul válvulas% as% surtido surtidores res y medido medidores res se encarga encarga del control y utili-ación de l&,uidos. #studia la utili-ación en ingenier&a de la presión del agua o del aceite. 4as dos aplicaciones aplicaciones más importantes de la idráulica se centran en el dise/o de activadores y prensas. u fundamento es el principio de $ascal% ,ue establece ,ue la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo% ,ue dico de otra manera es el aplicar una fuer-a pe,ue/a crea la misma fuer-a% o una fuer-a mayor% con la intensidad de levantar algo pesado como en este caso se usa el elevador elevador para levantar levantar autos en un taller% o en ma,uinaria de construcción. 'omo la fuer-a es igual a la presión multiplicada por la superficie% la fuer-a se amplifica muco si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área diferente. i% por e+emplo% un pistón tiene un área de ! y el otro de !"% al aplicar una fuer-a de ! al pistón pe,ue/o se e+erce una presión de !% ,ue tendrá como resultado una fuer-a de !" en el pistón grande. #ste #ste fenómen fenómeno o mecáni mecánico co se aprove aproveca ca en activa activadore dores s idráu idráulic licos os como como los utili-ados en los frenos de un automóvil% donde una fuer-a relativamente pe,ue/a aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuer-a grande a la -apata del freno. 4os alerones de control de los aviones tambi1n se activan con sistemas idráulicos idráulicos similares similares y los gatos y elevadores elevadores idráulicos idráulicos se utili-an para levantar levantar ve&culos en los talleres y para elevar cargas pesadas en la industria de la construcción. 4os elevadores idráulicos idráulicos utili-an la mecánica mecánica de fluidos. fluidos. $uede subdividirse subdividirse en dos campos principales< la estática de fluidos% o idrostática% ,ue se ocupa de fluidos en reposo% y la dinámica de fluidos% o idrodinámica% ,ue trata de fluidos en movimiento. 4as leyes de la mecánica de fluidos pueden observarse en mucas situaciones cotidianas. $or e+emplo% la presión e+ercida por el agua en el fondo de un estan,ue es igual ,ue la e+ercida por el agua en el fondo de un tubo estreco% estreco% siempre ,ue la profundidad sea la misma. #l t1rmino de idrodinámica se aplica al flu+o de l&,uidos o al flu+o de los gases a ba+a ba+a velo veloci cida dad% d% en el ,ue ,ue puede puede consi consider derar arse se ,ue ,ue el gas gas es esenc esencia ialm lmen ente te inco incomp mpre resi sibl ble. e. 4a aerod erodin inám ámic ica% a% o diná dinám mica ica de gase gases% s% se ocup ocupa a del del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son sufi sufici cien ente teme ment nte e gran grande des s para para ,ue ,ue sea sea nece necesa sari rio o incl inclui uirr los los efec efecto tos s de compresibilidad. 4os elementos esenciales ,ue componen y permiten el funcionamiento de un elevador idráulico% muy brevemente y de forma simplificada% son siete< 0
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'entral idráulica< #stá formado por el con+unto motorFbomba y el depósito donde donde se almacen almacena a el aceite aceite necesario necesario para ,ue el sistem sistema a idráu idráulic lico o funcione. Mrupo de válvulas< Instalado en la parte eterior de la central% es el cerebro de las operaciones (+untamente con el cuadro el1ctrico)% y regula el caudal% el ascenso% el descenso% el cambio de velocidad% etc. 'ond 'onducc ucció ión< n< Une Une el grup grupo o de válv válvul ulas as y el pist pistón% ón% puede puede ser ser r&gi r&gida da o fleible% dependiendo de las caracter&sticas de la instalación. $istón $istón<< 'ilindr 'ilindro o vertica verticall consti constitui tuido do por un vástag vástago o (eleme (elemento nto interi interior or some someti tido do a un movi movimi mien ento to verti vertica cal) l)%% un cili cilind ndro ro eteri eterior or y una una cami camisa sa (esp (espaci acio o entr entre e el vást vástag ago o acia acia arrib arriba a y este este provo provoca ca un movim movimie ient nto o asce ascend nden ente te movie moviend ndo o la plat plataf afor orma ma aci acia a arri arriba ba.. epe epend ndie iend ndo o de la instalación el pistón puede ser telescópico o convencional y de tracción directa o indirecta. 'asis< #structura ,ue sostiene la plataforma y circula por las gu&as. $lataforma< onde se transporta la carga. ;lui ;luido do<< #lem #lemen ento to ,ue ,ue trans transmit mite e la ener energ& g&a a de la bomb bomba a al pist pistón ón.. #s recomendable usar aceites sint1ticos% ecológicos o minerales% y con un punto de inflamación muy alto.
1
$istones
'asis
Tipos de elevadores hidráulicos Elevador &idr'ulico por (mpulsión ) *irecta
#s un tipo de elevador elevador recomendable recomendable para poca altura% cuando el recorrido del ascensor no llega a los m. #s necesario ,ue tenga foso% ya ,ue el pistón será instalado all&. Elevador &idr'ulico por (mpulsión *iferencial 2
#s un tipo de elevador ,ue se instala en recorridos de más de m. Co neces necesit ita a tener tener foso% foso% ya ,ue ,ue el pist pistón ón se inst instal ala a en un late latera rall del del ueco ueco.. #s recomendable si se instala para varias paradas de pisos.
Impulsión directa !
Impulsión diferencial !<2
ntrevista! upervisor de mantenimiento de la ielera :eracruTagle. ntrevistado! Urbano ala-ar Tagle.
"# A$u% en la hielera &Usan elevador hidráulico' i% lo usamos en el área de producción.
# &ónde ad$uirieron este instru*ento' 4o pudimos ad,uirir en #stados Unidos.
+# &,u- uso le dan a este' *3
#ste sirve para ,ue al momento de sacar las barras de ielo de su molde sea más sencillo ya ,ue esto es muy pesados lo usamos para acostar las barras gracias a los pistones.
.# &,u&,u- tipo tipo de *ant *anten eni* i*ie ient nto o ocup ocupaa es este te elevador' $ues más ,ue nada es darle mantenimiento a los pistones% as& ,ue lo ,ue se ocupa para ,ue est1 funcionando es cambiarla los empa,ues y bu+es a los pistones.
/# &,u- tareas les facilita a$u% en el área de producción' Cos facilita el sacar las barras de los moldes% como carg carga a muc muco o peso peso el mold molde e ser& ser&a a muy muy pesa pesado do acerlo manualmente entonces nos ayuda a sacar con facilidad las barras.
Válvula donde se activa el 4ujo de agua "acia el ist5n del
0# &1uánto pesos levanta este elevador' on on !5"" !5"" Bilos Bilos incl incluy uyen endo do las las barra barras s de iel ielo o sus sus moldes y pues la estructura ,ue los sostiene% y esto solo se ace con dos pe,ue/os pistones
2# &1onoce usted el principio de 3ascal' # pues realmente no% pero ya ,ue me platicaste un poco de ,ue se refiere creo ,ue ab&a escucado un poco de eso cuando estaba en la preparatoria. !ist5n del elevador
4# &5abe dónde *ás podr%a utili6arse un elevador hidráulico' 'reo ,ue s&% e visto uno parecido al ,ue te ense/1 en un taller automotri- de la Cissan% usaban usaban unos grandes tubos con pistones ,ue al presionar un botón en el suelo del taller accionaba el elevador y el automóvil sub&a y as& pudieron darle servicio
7# &,u- tienen $ue hacer cuando una *á$uina se aver%a' **
:er ,u1 problema es el ,ue tiene y como ya ab&a dico anteriormente pues cambiar los empa,ues% pero casi nunca se aver&a por,ue le damos mantenimiento cada !5 d&as
"8# &s "8# &s *uy *uy caro aro *ant *anten ener er un elev elevad ado or hid hidrául ráulic ico o y *ante antene nerl rlo o funcionando' $ues $ues comp compra rarl rlo o s& es caro caro%% y más más por, por,ue ue es de fuer fuera a de H1i H1ico co.. $ero $ero el mantenerlo es barato ya ,ue no se da/a muy frecuentemente% no ocupa mucas cosas para ,ue est1 funcionando.
Necursos Hateriales
'osto Unitario
Abate lenguas 3 'artón ;otográfico
O!G.!" pesos
eringas de 5ml.
3 O2"."" pesos
4egos Hanguera pe,ue/a $egamento *lanco G""
O!"."" pesos
$intura acr&lica $istola de silicón ilicón
Total
OG.3" pesos
P4os espacios en blanco indican ,ue los materiales fueron reciclados o bien% obtenidos de la misma casa.
$ara $ara la constr construcci ucción ón de nuestro nuestro prototi prototipo po ,uer&a ,uer&amos mos utiliutili-ar ar materi materiale ales s caseros lo más reciclado posible6 por otra parte% tampoco dispon&amos de un presupuesto aceptable para conseguir lo me+or asi,ue tuvimos ,ue buscar lo más barato sin ,ue influyera demasiado en la estructura y composición del elevador. Cuestro ob+etivo fue no solo mostrar un elevador idráulico% sino llevarlo a un nivel mayor6 as& es como nuestro puente idráulico empe-ó. Cecesitábamos acer un elevador idráulico% como ya bien se a eplicado en los arcivos anteriores% este es la composición o prueba f&sica de la ley de $ascal% un *+
pistón ,ue con un lubricante puede levantar ob+etos muy pesados sin demasiado esfuer-o. Lacer ese elevador parec&a bastante sencillo% sin embargo pensamos ,ue la mayor&a de nuestros compa/eros ar&an ese mismo prototipo asi,ue nos dimos a la tarea de crear otro me+or. #sta #stand ndo o en mi casa casa vien viendo do la telev televis isió ión% n% una pel& pel&cu cula la de acció acción n donde donde el protagonista saltaba de un puente ,ue se estaba levantando y ca&a sano y salvo del del otro otro lado lado66 fue fue en ese ese mome moment nto o dond donde e se nos nos ocur ocurri rió ó ace acerr un puen puente te idráulico. Investigamos Investigamos sobre su funcionamie funcionamiento nto y lo resultante fue ,ue utili-an un sistema sistema basado basado en elevad elevadores ores idráuli idráulicos cos%% solo solo ac&a ac&a falta falta adapta adaptarr el dise/o dise/o de uno verdadero y acerlo a escala lo más básico posible. Cos llevó aproimadamente 5 d&as acer un buen dise/o viable de un puente idráulico y de materiales reciclados. Teniendo bien planeado lo ,ue ocupar&amos para llevar a cabo el puente% nos dirigimos a una mercer&a donde venden toda clase de materiales. Qa con lo necesario% nos pusimos manos a la obra. Aun,ue al principio parec&a algo dif&cil% conforme fuimos uniendo pie-as nos dimos cuenta ,ue era sencillo6 nos tardamos 3 d&as casi completos en tener totalmente terminado y funcionando el puente idráulico. 4as eringas ,ue compramos las utili-amos como elevador a escala% donde el fluido es agua con colorante para ,ue se distinga. 4os abates lenguas los usamos para la estructura igual ,ue el cartón fotográfico.
1onclusión *,
*laise $ascal y Ar,u&medes de+aron un legado en el presente ,ue se seguirá usando en los a/os futuros% además de ,ue a ayudado a la umanidad a avan-ar en algunos campos de las ciencias eactas% as& como en la f&sica% matemática% etc. $untos ,ue se aprendieron en esta investigación< •
•
•
4a f&sica influye en la mayor&a de los aspectos de la mecánica de fluidos. Un pe,ue/o mecanismo puede ayudar muco en diferentes aspectos% no sólo en el ámbito industrial. Lay mucas má,uinas ,ue funcionan con el mecanismo idráulico< las má,uinas de construcción% los elevadores% los frenos del automóvil% todo eso ,ue se a vuelto indispensable para el ser umano en sus tareas diarias en el traba+o o en cual,uier otro lugar.
Ane9os (:losario) !
$ie-a de una bomba o del cilindro de un motor ,ue se mueve acia arriba o acia aba+o impulsando un fluido o bien recibiendo el impulso de 1l. 2
$eso ,ue e+erce una fuer-a opuesta a otra.
3
Impulso% empu+e.
Bibliograf%a ttp
ttps
*.
