PROYECTO CARRO HIDRÁULICO SERGIO DANILO MORALES HERNANDEZ JUAN DAVID SANCHEZ VENEGAS ANDRES TORRES ASESOR JAVIER BOBADILLA UNIVERSIDAD ECCI

Transcripción

1 PROYECTO CARRO HIDRÁULICO SERGIO DANILO MORALES HERNANDEZ JUAN DAVID SANCHEZ VENEGAS ANDRES TORRES ASESOR JAVIER BOBADILLA UNIVERSIDAD ECCI FÍSICA MECÁNICA 2015 BOGOTÁ D.C

2 OBJETIVOS DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL: Hacer uso de las diferentes herramientas de la física mediante la construcción de un carro propulsado por energía hidráulica, donde se aplicarán los temas contemplados en clase así como también temas investigados por cada uno de los integrantes del proyecto. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Aplicar conceptos, teorías y leyes para asegurar el funcionamiento correcto del proyecto. Construir a base de materiales reciclables un carro propulsado por energía hidráulica aplicando las teorías y leyes vistas en clase. Reforzar y fortalecer los conocimientos adquiridos en las aulas mediante el proyecto. Observar el funcionamiento del carro hidráulico para identificar cada uno de los movimientos de la física mecánica. Conocer los diferentes temas que se abarcan en la mecánica haciendo uso del carro hidráulico.

3 ANTECEDENTES DEL PROYECTO El ser humano siempre ha generado ideas e inventado nuevos mecanismos con el fin de cubrir sus necesidades, o de algún modo para facilitar las tareas y actividades cotidianas. Gracias a estos avances se han facilitado las labores y han ayudado con al desarrollo de la ciencia y la tecnología. Se denomina energía hidráulica, energía hídrica o hidroenergía a aquella que se obtiene del aprovechamiento de las energías cinética y potencial de la corriente del agua, saltos de agua o mareas, a lo largo de los años han surgido inventos con el uso de esta energía: 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. Un alumno de Galileo, Torricelli, 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. Entre los teóricos de la Mecánica de Fluidos de este período, están Lagrange, Helmholtz Y Saint Venant. La primera central hidroeléctrica se construyó en 1880 en Northumberland, Gran Bretaña. El principal impulso 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 el 2011 se hizo una competencia en la universidad autónoma de occidente en Cali. La prueba de carros propulsado por aire-agua, Fórmula UAO 2011, se basa en una competición a partir del diseño y construcción de un carro propulsado con agua-aire para cumplir con tres pruebas específicas: la primera de velocidad, la

4 segunda de recorrido sobre una pendiente (rampa) y la tercera de salto largo en rampa. gua.pdf Un evento realizado en la Universidad Central de Venezuela, carros movidos a propulsión utilizando agua y aire. El evento Hazme un se viene realizando desde el 2009 por la facultad de Ingeniería Mecánica quienes son los que promueven el evento. En esta competencia se le pide a los participantes que diseñen y construyan un prototipo, con ciertas condiciones y limitantes, y se les da un criterio de evaluación de manera que ellos puedan optimizar sus diseños para conseguir un mayor puntaje. La Fundación Universitaria Internacional del Trópico Americano - Unitrópico es una institución de educación superior colombiana, con sede en Yopal, departamento de Casanare. Se realizó el I Concurso de carros de propulsión a chorro, durante la IX Jornada Unitropista en octubre del 2014, los participantes compitieron en dos categorías a piques y a distancia. Una start-up israelí ha creado, según ellos, un coche que únicamente necesita de aire y agua para andar. Funciona mediante una batería que en este prototipo va alojada en el maletero. Esta batería de iones de aluminio entra en reacción con el oxígeno y logra una autonomía de unos 1600 kilómetros Ya querría esa autonomía muchos coches actuales sin aumentar el peso del vehículo a causa de una mayor carga de combustible. Una vez que recorramos esta distancia tan sólo debemos rellenar la batería con agua y voilà: 1600 kilómetros más a un precio ridículo y con una contaminación ridícula. Lo mejor de todo esto es que el prototipo podría pasar a la comercialización en un tiempo bastante cercano: alrededor de 2017, mucho antes de que llegue la esperada próxima generación de baterías para coches eléctricos e híbridos.

5 MARCO TEÓRICO Sistema Hidráulico El sistema hidráulico trabaja en base al principio de fluido a presión forzando la acción mecánica. A uno de estos sistemas instalado en una máquina se le llama circuito hidráulico. Estos circuitos están compuestos de una bomba para comprimir el fluido, líneas para llevarlo, un cilindro donde se bombea el líquido y un pistón movido por el mismo a presión en el cilindro. El sistema hidráulico también puede accionar ejes para motores hidráulicos y cintas transportadoras. Es llamada propulsión a chorro la reacción de impulso que ejerce sobre un objeto la expulsión hacia atrás a gran velocidad de una corriente de gas o líquido. 3ra Ley de Newton: La tercera ley de Newton establece que si dos cuerpos interactúan, la fuerza ejercida sobre el cuerpo uno por el cuerpo dos es igual y opuesta a la ejercida sobre el cuerpo dos sobre el cuerpo uno: F12 = -F21 Esta ley, es equivalente a establecer que las fuerzas ocurren siempre en pares o que no puede existir una fuerza aislada individual. La fuerza que el cuerpo uno ejerce sobre el cuerpo dos se conoce como fuerza de acción, en tanto que la fuerza del cuerpo dos ejerce sobre el cuerpo uno recibe el nombre de fuerza de reacción. En realidad, cualquier fuerza puede marcarse como de acción o reacción. La fuerza de acción es igual en magnitud a la fuerza de reacción y opuesta en dirección. En todos los casos, las fuerzas de acción o de reacción actúan sobre objetos diferentes.

6 Propulsión a chorro: La propulsión a chorro se puede entender como un procedimiento por el cual un objeto es impulsado como reacción a la expulsión hacia atrás de una corriente de líquido o gas a gran velocidad, tiene como principio básico la presurización de un recipiente el cual contiene algún elemento llamado masa reactiva, misma que como su nombre lo indica reacciona a la impresión o aplicación de energía. Existen diversas aplicaciones sobre la propulsión a chorro, aunque por las proporciones de la misma, la energía que se imprime y el resultado que nos da, pasan desapercibidas en nuestras vidas diarias. Por ejemplo una cerbatana, una olla de vapor, artículos en aerosol, etc. Principio de Pascal: La aplicación de esta ley puede observarse en diversos dispositivos que apelan a la energía hidráulica. De acuerdo a lo advertido por Pascal, el agua que ingresa a un recipiente con las características mencionadas, puede ser expulsada por cualquier agujero que tengan a la misma presión y velocidad. El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión. Movimiento Parabólico: Se denomina movimiento parabólico al realizado por un objeto cuya trayectoria describe una parábola. Se corresponde con la trayectoria ideal de un proyectil que se mueve en un medio que no ofrece resistencia al avance y que está sujeto a un campo gravitatorio uniforme.

7 ELABORACIÓN DEL PROYECTO BASES DEL CONCURSO: Antes de la construcción del carro hidráulico hay que tener en cuenta: MEDIDAS DE LA RAMPA: Hay dos rampas con las anteriores medidas, estarán separadas a una distancia, el objetivo es que el carro debe salta hasta tocar con las ruedas la segunda rampa, para ello habrá un día en el que los grupos deberán probar y hacer ensayos además de tomar datos. El carro debe ser construido a base de materiales reciclables, el principal componente debe ser una botella de plástico de 600ml, en la parte superior de la botella el componente fundamental debe ser una válvula, esta debe ir dentro de un agujero en la tapa de la botella. CONSTRUCCIÓN DEL CARRO: Materiales: Una botella no retornable con capacidad de 600ml. Una válvula de motocicleta. Una tapa. Una tabla de madera. Dos palos de madera. 2 ruedas plásticas grandes. 2 ruedas plásticas medianas. Dos abrazaderas de plástico.

8 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL CARRO HIDRÁULICO: 1) En un principio se pensó en el diseño de un vehículo hidráulico ancho; para favorecer el despegue y aterrizaje del vehículo 2) En la parte de adelante se colocan las ruedas más pequeñas, y en la parte inferior las más grandes con el fin de favorecer al vehículo.

9 3) Se utiliza una tabla de madera; para que el agua no se deshaga la superficie de apoyo de las llantas. 4) Se eligieron las llantas con diseños e imperfecciones, y que no sean lisas para que tengan más agarre con el asfalto 5) Se perforan cuatro pedazos de madera cuadrados para introducir las llantas, se pone un punto de soldadura al final de cada varilla para que asegurar las llantas 6) Se aseguran las llantas con pegamento y tornillos para madera, para que con el uso se vea afectada la estructura

10 7) Se agujera la tabla en la parte superior e inferior para así poder introducir las abrazaderas para asegurar la botella de 600ml 8) Se pone la botella con la válvula inclinada hacia el piso para cuando salga el agua a presión el vehículo adquiera velocidad

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12 Distancia Cantidad de agua Cantidad de Conclusión presión 40 cm 200 ml. 2.5 bares El auto no subió completamente la primera rampa, ya que gracias a la cantidad de agua el auto quedo muy pesado y al momento de llegar a la rampa el auto no lograba soltar toda el agua. 1 m 200 ml 3 bares El auto subió la aprox. primera rampa pero no llego a saltar a la siguiente, ya que con esa cantidad de agua en el auto era demasiado peso y no alcanzo la 1 m 75 ml aprox. 1 m 75 ml aprox m 75 ml aprox. suficiente velocidad. 2 bares El auto subió la primera rampa pero no llego a saltar a la siguiente, ya que la distancia fue muy corta y no se alcanzo a desocupar el agua. 4.5 bares El auto subió la primera rampa pero en vez de saltar a la siguiente dio un salto ya que la presión fue demasiado alta para una distancia tan corta. 4.5 bares El auto subió la primera rampa pero en vez de saltar a la siguiente dio un

13 salto más allá del debido, ya que la presión fue demasiado alta para esta distancia m 75 ml aprox 4 bares Disminuyendo la presión el cambio en el salto fue notorio pero no alcanzaba a tocar la segunda rampa con las cuatro ruedas lo cual no era lo requerido m 75 mil 3.5 bares Disminuyendo la presión a 3.5 bares encontramos que fue la presión acertada y el auto.

14 CONCLUSIONES Muchas variables afectan el Arranque y Caída del Auto, tales son, la presión, el tamaño, el peso, cantidad de agua entre otras. El Angulo en que esta la botella afecta drásticamente la velocidad y aceleración del auto ya que al no tener con qué propulsarse no avanza, que en este caso el punto de propulsión seria el piso. Al jugar con las variables que eran la cantidad de agua, presión y distancia, nos ayudaba a evidenciar que era lo mejor para realizar la prueba con mayor efectividad.

15 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS