CONSTRUCCIÓN DE MODELOS CON ACTUADORES HIDRÁULICOS

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Lucas Ponce Valdéz
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NOMBRE NOMBRE NOMBRE NOMBRE CURSO CURSO CURSO CURSO OBJETIVO. TIEMPO. TRABAJO EN EQUIPO.

Grupos máximo de tres estudiantes, para el desarrollo del proyecto.

La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas.

1 NOMBRE NOMBRE NOMBRE NOMBRE CURSO CURSO CURSO CURSO OBJETIVO. TIEMPO. TRABAJO EN EQUIPO. Diseñar y construir un objeto tecnológico que logre trasportar un objeto, de un lugar a otro utilizando actudores hidráulicos. 4 sesiones de clase de 1 hora. Grupos máximo de tres estudiantes, para el desarrollo del proyecto. REFERENTES TEÓRICOS: HIDRÁULICA: Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. En otros dispositivos como boquillas, válvulas, surtidores y medidores se encarga del control y utilización de líquidos. Las dos aplicaciones más importantes de la hidráulica se centran en el diseño de activadores y prensas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo. Como la fuerza es igual a la presión multiplicada por la superficie, la fuerza se amplifica mucho si se aplica a un fluido encerrado entre dos pistones de área diferente.

Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de 1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una fuerza de 10 en el pistón grande.

transmitir una fuerza grande a la zapata del freno. Los alerones de control de los aviones también se activan con sistemas hidráulicos similares.

ELEVADOR HIDRÁULICO El elevador hidráulico se basa en el principio de que el trabajo necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza por la distancia que recorre el objeto.

2 Si, por ejemplo, un pistón tiene un área de 1 y el otro de 10, al aplicar una fuerza de 1 al pistón pequeño se ejerce una presión de 1, que tendrá como resultado una fuerza de 10 en el pistón grande. Este fenómeno mecánico se aprovecha en activadores hidráulicos como los utilizados en los frenos de un automóvil, donde una fuerza relativamente pequeña aplicada al pedal se multiplica para transmitir una fuerza grande a la zapata del freno. Los alerones de control de los aviones también se activan con sistemas hidráulicos similares. Los gatos y elevadores hidráulicos se utilizan para levantar vehículos en los talleres y para elevar cargas pesadas en la industria de la construcción. ELEVADOR HIDRÁULICO El elevador hidráulico se basa en el principio de que el trabajo necesario para mover un objeto es el producto de la fuerza por la distancia que recorre el objeto. El elevador hidráulico utiliza un líquido incompresible para transmitir la fuerza, y permite que una pequeña fuerza aplicada a lo largo de una gran distancia tenga el mismo efecto que una gran fuerza aplicada a lo largo de una distancia pequeña. Esto hace que pueda emplearse una pequeña bomba de mano para levantar un automóvil.

ACTUADOR: Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado.

El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las

Existen tres tipos de actuadores: Hidráulicos Neumáticos Eléctricos Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar

Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos.

3 ACTUADOR: Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas. Existen tres tipos de actuadores: Hidráulicos Neumáticos Eléctricos Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren mucho equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento. Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos: cilindro hidráulico motor hidráulico motor hidráulico de oscilación

CILINDRO HIDRÁULICO De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de acción doble.

Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por: PROPIEDADES DE LA PRESIÓN EN UN MEDIO

La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el seno de un fluido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es la misma. 3.

contacto que ejerce el fluido sobre la superficie sólida que lo contiene es normal a ésta). 4.

4 CILINDRO HIDRÁULICO De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de acción doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones. Cuando sobre una superficie plana de área A se aplica una fuerza normal F de manera uniforme y perpendicularmente a la superficie, la presión P viene dada por: PROPIEDADES DE LA PRESIÓN EN UN MEDIO FLUIDO 1.La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas las direcciones (principio de Pascal). 2.La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el seno de un fluido en reposo (y situado en un campo gravitatorio constante) es la misma. 3.En un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce en el interior del fluido una parte de este sobre la otra es normal a la superficie de contacto (Corolario: en un fluido en reposo la fuerza de contacto que ejerce el fluido sobre la superficie sólida que lo contiene es normal a ésta). 4.La fuerza asociada a la presión en un fluido ordinario en reposo se dirige siempre hacia el exterior del fluido, por lo que debido al principio de acción reacción, resulta en una compresión para el fluido, jamás una tracción. 5.La superficie libre de un líquido en reposo (y situado en un campo gravitatiorio constante) es siempre horizontal. Eso es cierto sólo en la superficie de la Tierra y a simple vista, debido a la acción de la gravedad no es constante. Si no hay acciones gravitatorias, la superficie de un fluido es esférica y, por tanto, no horizontal. 6.En los fluidos en reposo, un punto cualquiera de una masa líquida está sometida a una presión en función únicamente de la profundidad a la que se encuentra el punto. Otro punto a la misma profundidad, tendrá la misma presión. A la superficie imaginaria que pasa por ambos puntos se llama superficie equipotencial de presión o superficie isobárica.

PROCESO DE CONSTRUCCION PASO A PASO Paso número 1: Construcción del actuador

MATERIALES: Dos jeringas de diferente tamaño 30 cm de cánula (manguera

Un recipiente con agua cánula HERRAMIENTAS: Bisturí Pistola de silicona Regla

lápiz jeringas Paso 1 Paso 2 Llene la jeringa grande totalmente de agua.

Envuelva o enrolle teflón en el extremo de las dos jeringas teniendo cuidado

5 PROCESO DE CONSTRUCCION PASO A PASO Paso número 1: Construcción del actuador hidráulico. MATERIALES: Dos jeringas de diferente tamaño 30 cm de cánula (manguera siliconada) Una barra de silicona. Un rollo de cinta de teflón. Un recipiente con agua cánula HERRAMIENTAS: Bisturí Pistola de silicona Regla y escuadras. lápiz jeringas Paso 1 Paso 2 Llene la jeringa grande totalmente de agua. Llene la jeringa pequeña de agua en un tercio 1/3 de su capacidad. Envuelva o enrolle teflón en el extremo de las dos jeringas teniendo cuidado de no tapar el agujero. Nota: el teflon es para que la manguera o cánula entre a presión en el extremo de la jeringa, entonces enrolle tanto teflon como sea necesario para que al unir la cánula con las jeringas estas queden ajustadas a presión

Paso 3 Paso 4 Conecte los extremos de la cánula a cada una de las jeringas teniendo cuidado que quede a presión.

silicona la cánula a la jeringa en cada uno de sus extremos como se muestra en la gráfica. Presione la jeringa pequeña de tal forma que su contenido llene el interior de la manguera o cánula.

Si encuentra problemas en la construcción del actuador hidráulico, diríjase al profesor de tecnología con la duda o problema puntual que ocurrió en su construcción.

6 Paso 3 Paso 4 Conecte los extremos de la cánula a cada una de las jeringas teniendo cuidado que quede a presión. Si coloco demasiado teflon y la cánula no entra, retire una parte sobrante hasta que esta ajuste, lo importante es que la cánula entre con fuerza en el extremo de la jeringa Ahora pegue con silicona la cánula a la jeringa en cada uno de sus extremos como se muestra en la gráfica. Presione la jeringa pequeña de tal forma que su contenido llene el interior de la manguera o cánula. Paso 5 NOTA: cada grupo debe desarrollar como minino tres actuadores hidráulicos para el movimiento de objeto tecnológico. Si encuentra problemas en la construcción del actuador hidráulico, diríjase al profesor de tecnología con la duda o problema puntual que ocurrió en su construcción. Felicitaciones en este punto ha terminado de construir su primer actuador hidráulico El principio de acción y reacción se hace evidente en el actuador hidráulico, ya que como se muestra en la gráfica, al ejercer una fuerza sobre un embolo, el fluido se desplaza por la cánula, causando el efecto de desplazamiento del embolo contrario en el extremo del actuador hidráulico.

7 CONSTRUCCIÓN DE LA ESTRUCTURA DEL BRAZO ROBÓTICO. Realizando una analogía, un brazo robótico funciona similarmente a un brazo humano, donde los actuadores hidráulicos hacen las veces de los músculos, que proporcionan el movimiento. Por lo tanto la construcción de la estructura del brazo, es decir el conjunto de partes que lo sostienen y permiten su funcionamiento se pueden relacionar con el brazo humano en el sistema óseo de brazo, para los cual es necesario tener en cuenta que partes son las que componen un brazo humano. Brazo. El antebrazo. La mano. Los dedos. El proceso de construcción de la estructura del brazo robótico con funcionamiento hidráulico se describe a continuación.

lápiz PRIMERO: ya que el diseño y construcción del brazo robótico debe ser desarrollado por

del brazo mecánico con funcionamiento hidráulico, para que los grupos encargados de su diseño y

NOTA IMPORTANTE: el siguiente gráfico ilustra una posibilidad de construcción del brazo

8 MATERIALES: Cuatro barras de silicona. Laminas de madera balso HERRAMIENTAS: Bisturí Pistola de silicona Regla y escuadras. lápiz PRIMERO: ya que el diseño y construcción del brazo robótico debe ser desarrollado por cada una de las empresas productoras de prototipos Robóticos, se realiza un diagrama general del brazo mecánico con funcionamiento hidráulico, para que los grupos encargados de su diseño y construcción lo tomen como elemento de guía, del funcionamiento o ejemplo. NOTA IMPORTANTE: el siguiente gráfico ilustra una posibilidad de construcción del brazo mecánico, y el diseño desarrollado por cada grupo puede basarse en su funcionamiento, pero no puede realizar una copia exacta ni de su estructura ni de la disposición de los actuadores hidraulicos.

9 ALGUNOS EJEMPLOS

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