FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL
Proyecto de Física II: “Elevador idr!"lico# I$te%ra$tes: Carri&$ Ca'(overde) *el'i C+s(edes ,alca) -scar ,o$.a ,ío) Fra$/ ,orales P!"car) Carla Pal'er G"iller'o) ,aria$o 0"is(e Del%ado) 1oselito
Re2"e.o Pa3) Ale4 S!$c5e3 Ca6rera) ,&$ica S!$c5e3 7"loeta) Eri/a Serrato ,ío) Gerso$ Talledo 8arreto) A$%ie 9ar%as Tosca$elli) S5as5e$/a
C"rso
: Física II
Ciclo
: II
Gr"(o
: “A#
Proesor: 1os+ Fort"$ato 7"loa%a Cac5ay ;<=> Introducción
La estática de fluidos estudia las condiones de equilibrio de los fluidos en reposo, y cuando se trata de líquidos se denomina hidrostática. Esta se fundamenta en leyes y principios como los de Arquímides, Pascal, entre otros, los mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al estudio de sus características generales. La incompresibilidad de los líquidos, hace que la variacin en la presin en un punto de un líquido, se trasmita de forma inmediata a todos los demás puntos de un líquido, este es el conocido principio de pascal. !ajo este principio hemos construido un helevador hidraulico, pues un elevador hidráulico es una maquina que utili"a la incompresibilidad de los líquidos, para conseguir elevar pesadas cargas reali"ando una fuer"a peque#a, sin embargo no sirve para ahorrar energía. El presente trabajo tiene como propsito e$plicar la aplicacin del principio de Pascal en el asecensor hida%lico, conocer en qu& forma podemos ejercer presin sobre otros elementos y demostrar el tipo de presin ejercida.
Hidrostática 1. Definición La hidrostática o estática de fluidos es la rama de la mecánica de fluidos que se encarga del estudio de los fluidos en estado de reposo' es decir, sin que e$istan fuer"as que alteren su movimiento o posicin. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes
2. Conceptos Básicos 2.1. Fluido
(eciben el nombre de fluidos aquellos cuerpos que tienen la propiedad de adaptarse a la forma del recipiente que los contiene. A esta propiedad se le da el nombre de fluide". )on fluidos tanto los líquidos como los gases, y su forma puede cambiar fácilmente por escurrimiento debido a la accin de fuer"as peque#as. *odo fluido presenta las siguientes características+
Cohesión. uer"a que mantiene unidas a las mol&culas de una
misma sustancia.
Tensión superficial. enmeno que se presenta debido a la
atraccin entre las mol&culas de la superficie de un líquido.
Adherencia. uer"a de atraccin que se manifiesta entre las
mol&culas de dos sustancias diferentes en contacto.
Capilaridad. )e presenta cuando e$iste contacto entre un líquido
y una pared slida, debido al fenmeno de adherencia. En caso de ser la pared un recipiente o tubo muy delgado -denominados capilares/ este fenmeno se puede apreciar con mucha claridad.
2.2. Densidad
La densidad es la cantidad de masa por unidad de volumen. )e denomina con la letra 0. En el sistema internacional se mide en 1g2m
3
4uando se trata de una sustancia homog&nea, la e$presin para su cálculo es+
5onde Ρ: densidad de la sustancia, 6g2m 3 : masa de la sustancia, 6g !: volumen de la sustancia, m 3
En
consecuencia
la
unidad
de
densidad
en
el )istema
7nternacional será 1g2m3 pero es usual especificar densidades en g2cm3, e$istiendo la equivalencia 1" c#$ % 1.&&& '"( # $. La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presin' al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presin a la que se encuentra el fluido.
2.$. )eso *spec+fico
El peso específico de un fluido se calcula como su peso por unidad de volumen -o su densidad por g/. En el sistema internacional se mide en 82m 3
2.,. )resión Hidrostática
En general, podemos decir que la presin se define como fuer"a sobre unidad de superficie, o bien que la presin es la magnitud que indica cmo se distribuye la fuer"a sobre la superficie en la cual está aplicada.
)i una superficie se coloca en contacto con un fluido en equilibrio -en reposo/ el fluido, gas o líquido, ejerce fuer"as normales sobre la superficie. Entonces, presin hidrostática, en mecánica, es la fuer"a por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie. )i la fuer"a total -/ está distribuida en forma uniforme sobre el total de un área hori"ontal -A/, la presin -P/ en cualquier punto de esa área será
5onde+ )+ presin ejercida sobre la superficie, 82m 9 F+ fuer"a perpendicular a la superficie, 8 A: área de la superficie donde se aplica la fuer"a, m 9
2.-. )resión Asoluta
La presin absoluta es aquella presin que se mide en relacin con el vacío perfecto. :n vacío perfecto es la presin más baja posible. Por lo tanto, una presin absoluta será siempre positiva. )u frmula es la siguiente+ Pabs= Patm + Pman
2./. )resión ano#0trica
Es la diferencia entre la presin absoluta o real y la presin atmosf&rica. )e aplica tan solo en los que la presin es superior a la presin atmosf&rica, pues cuando esta es negativa se llama presin de vacío. ;uchos de los aparatos empleados para la medida de presiones utili"an la presin atmosf&rica como nivel de referencia y miden la diferencia entre la presin real o absoluta y la presin atmosf&rica, llamándose a este valor presin manom&trica.
-Para presiones superiores a la patm/
-Para presiones inferiores a la patm/
5onde+ < Presin manom&trica < Presin de vacío < Presin absoluta < Presin atmosf&rica
$. )rincipios Funda#entales $.1. )rincipio de )ascal El principio de Pascal puede comprobarse utili"ando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un &mbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presin sobre ella mediante el &mbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presin. *ambi&n podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.
$.2. )rincipio de El principio de
Aru+#edes Arquímedes es
un
principio físico que afirma que+ =:n cuerpo total o parcialmente sumergido en
un fluido
en reposo,
recibe un empuje de
abajo hacia
arriba
igual
al peso del volumen del fluido que desaloja >. Esta fuer"a ? recibe el nombre de empuje hidrostático o de Arquímedes, y se mide en 8e@ton -8/ en el sistema internacional. El principio de Arquímedes se formula así+
)roecto: 3*le4ador Hidráulico5
1. ateriales
!ase de madera -BC $ BC/ *riplay B Darillas de fierro jeringas - F de 9Cml, ? de ?Cml ? de 3Cml ? de FC ml/ *riple vía ;anguera para suero Liquido -agua, refresco, entre otros/ *aladro
2. )rocedi#iento de ar#ado Primero procedemos a marcar los diámetros de las cuatro varillas de fierro en las esquinas de la base de madera. Luego procedemos a taladrar en el lugar donde fueron hechas las marcas con el fin de insertar las varillas. 4omo siguiente paso procedemos a seccionar el triplay en cuatro rectángulos -9 movibles y 9 de soporte para las jeringas/.
(eali"amos marcas de los diámetros de las jeringas y las varillas de fierro en las cuatro partes seccionadas y luego procedemos a hacer los
agujeros, utili"ando el taladro. )e debe tener en cuenta que en una de las secciones irán cuatro jeringas de 9Cml' y en la otra seccin irán las jeringas de ?Cml, 9Cml, 3Cml y FCml.
Luego procedemos a la unin de la triple vía y las mangueras de suero con las jeringas, para luego insertar estas %ltimas en las secciones de triplay. •
7nsertamos B jeringas de 9Cml en una de las secciones de triplay, y en la otra colocamos las jeringas de ?Cml, 9Cml 3Cml y FC ml. Luego procedemos a insertar las secciones de triplay en las varillas de fierro. inalmente, procedemos a llenar las jeringas del líquido deseado y equilibrar los fluidos con el fin de que al ejercer presin no quede aire dentro de las jeringas.
$. *6plicación En este proyecto podemos observar la aplicacin del Principio de Pascal, el cual nos dice que al aplicar una fuer"a peque#a, en este caso presin, a un líquido que se encuentra encerrado, esta fuer"a se trasmitirá a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente, por lo cual será capa" de producir una fuer"a mayor que será necesaria para poder elevar la plataforma, y el objeto que se encuentre en ella. Aquí observamos que al ejercer presin sobre la jeringa peque#a el líquido se despla"ará con mayor rapide" y fuer"a a la jeringa más grande ya que como nos dice el principio de Pascal. *ambi&n el elevador hidráulico está relacionado con el principio de la prensa hidráulica ya que al aplicarle una fuer"a a la jeringa de menor tama#o, permite obtener una fuer"a mayor en la jeringa de mayor área.
C78C9;I78*;
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Para este proyecto se utili"aron dos leyes de física+ La incompresibilidad de los líquidos, lo que hace que por mucha presin ejercida sobre ellos, no disminuirán su volumen y la presin ejercida por un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. )i aumentamos la seccin del &mbolo de salida conseguiremos una gran presin de salida, incluso de miles de veces superior a la ejercida sobre el actuador. La presin por la que se multiplica la fuer"a es la misma que la diferencia que haya entre las superficies de los &mbolos. Así una jeringa con el doble de superficie reali"ara el doble de presin que la ejercida sobre la menor, aunque tambi&n reali"ará un recorrido dos veces más peque#o que la de menor tama#o,
rtega, ;anuel (. -?IIH9CCJ/. Lecciones de Física (4 volmenes! . ;onyte (esnic1, (obert K Galliday, 5avid. 9CCB. Física 4" . 4E4)A, ;&$ico *ipler, Paul A. 9CCC. Física para la ciencia y la tecnolo#ía ($ volmenes! . !arcelona+ Ed. (evert& Dera, Alejandro.9CCF. %ec&nica de Fluidos' Hidrost&tica e Hidrodin&mica . 4u"cano
