alejandrabarraganblog.files.wordpress.com  · Web viewMAYRA ALEJANDRA BARRAGAN CAMPOS. JEIMY VIVIANA GARZON SIERRA. CHRISTIAN FABIAN ALONSO. PROYECTO. UNIVERSIDAD ESCUELA COLOMBIANA

PROYECTO CARRO HIDRAULICO

MAYRA ALEJANDRA BARRAGAN CAMPOSJEIMY VIVIANA GARZON SIERRA

CHRISTIAN FABIAN ALONSO

PROYECTO

UNIVERSIDAD ESCUELA COLOMBIANA DE CARRERAS INDUSTRIALES

INGENIERIA AMBIENTALBOGOTÁ D.C

2015CARRO HIDRAULICO

OBJETIVOS

Construir un carro hidráulico con propulsión a base de agua introduciéndole aire mediante una válvula de presión.

Calcular la cantidad de agua y presión necesaria para generar la propulsión del carro así establecer el recorrido correcto para cumplir con el salto.

Realizar un salto sobre unas rampas situadas, teniendo en cuenta el ángulo y distancia de las rampas.

ANTECEDENTES

La energía hidráulica se basa en aprovechar la caída del agua desde cierta altura. La energía potencial, durante la caída, se convierte en cinética. El agua pasa por las turbinas a gran velocidad, provocando un movimiento de rotación que finalmente, se transforma en energía eléctrica por medio de los generadores. Es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua, y una vez utilizada, es devuelta río abajo. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad. Todo ello implica la inversión de grandes sumas de dinero, por lo que no resulta competitiva en regiones donde el carbón o el petróleo son baratos. Sin embargo, el peso de las consideraciones medioambientales y el bajo mantenimiento que precisan una vez estén en funcionamiento centran la atención en esta fuente de energía.

La fuerza del agua ha sido utilizada durante mucho tiempo para moler trigo, pero fue con la Revolución Industrial, y especialmente a partir del siglo XIX, cuando comenzó a tener gran importancia con la aparición de las ruedas hidráulicas para la producción de energía eléctrica. Poco a poco la demanda de electricidad fue en aumento. El bajo caudal del verano y otoño, unido a los hielos del invierno hacían necesaria la construcción de grandes presas de contención, por lo que las ruedas hidráulicas fueron sustituidas por máquinas de vapor con en cuanto se pudo disponer de carbón.

Desde finales del siglo XIX, se comenzó a estructurar el sistema energético colombiano, se identificó el potencial que se tenía para generar electricidad a partir de la fuerza del agua. Hoy, después de más de 122 años desde que se instalaran las primeras plantas hidroeléctricas en Santander, Antioquia y Cundinamarca, esta fuente de generación continúa dominando el mercado energético nacional como una de las más limpias y económicas.

El aprovechamiento de una oferta hídrica de más de 2.084 km3 para la generación de electricidad, le ha permitido a Colombia consolidarse como el quinto país más competitivo en generación energética, por encima de importantes economías como Brasil, Estados Unidos o Gran Bretaña. Una de las claves para alcanzar esta posición, entre más de 146 países, es la actual composición del parque de generación, en el cual las plantas hidroeléctricas grandes y pequeñas participan con un 63% del total de la capacidad instalada nacional, la cual actualmente supera los 14.000 MW. En condiciones normales, cuando la demanda alcanza más de 9.000 MW, las centrales hidráulicas pueden producir hasta el 80% de la energía necesaria.

La poca planeación en una época de sequía inminente, como ocurrió en 1992 durante el fenómeno de El Niño, además de los problemas políticos y económicos de la industria de generación eléctrica, se convirtieron en los factores decisivos para que el Gobierno optara por reestructurar este sector. Con esta reforma, el Estado pasó de administrar estas empresas a vigilar y regular las operaciones dentro de la industria, que desde ese entonces adoptó un modelo de mercado de competencia minorista y permitió la entrada de privados. Esta transformación permitió que Colombia desarrollara un sector más robusto, ahora conformado por grandes jugadores, que en general han sabido trabajar para tener un negocio preparado para afrontar los eventuales fenómenos naturales a los que el país está expuesto, al respaldar sus operaciones hídricas con centrales de generación térmica para evitar que los embalses se sequen en temporadas de verano. “Con las reformas contempladas en la Constitución de 1991 y posteriormente con la Ley de Servicios Públicos y la Ley Eléctrica de 1994, se le dio entrada a los privados a una industria en la que el Estado era el único actor. Gracias a estas modificaciones el sector energético comenzó vivir un segundo tiempo muy positivo en su historia. Pasó de estar en crisis a convertirse en una de las bases de la economía y desarrollo nacional”, dijo Germán Castro Ferreira, director ejecutivo de la CREG una entidad adscrita al Ministerio de Minas y Energía y que está encargada de la regulación económica de los servicios públicos.

En el exterior, 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 1920 las centrales hidroeléctricas generaban ya una parte importante de la producción total de electricidad. A principios de la década de los noventa, las primeras potencias productoras de energía hidroeléctrica eran Canadá y Estados Unidos.

Pero uno de los más importantes es Isaac Newton, quien gracias a los conocimientos, formulaciones e inventos de Galileo, Bacon, Descartes entre otros baso sus teorías. Basados en la mecánica podemos conocer las leyes de Newton:1. ley de inercia; todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

2. ley de fuerza; el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.3. ley de acción reacción; con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria.

Afirmando esto, las leyes de Newton aplicamos la teoría para inventar un carro hidráulico, haciendo referencia a la primera y tercera ley de Newton, combinándola con la de aerodinámica la cual se denomina como la ciencia que trata las corrientes de viento aplicadas a un cuerpo y que en nuestro caso ayuda en la adherencia para lograr más velocidad y maleabilidad del mismo.

MARCO TEÓRICO

En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: la presión ejercida sobre un fluido poco compresible 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. 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.También podemos observar aplicaciones del principio de Pascal en las prensas hidráulicas, en los elevadores hidráulicos, en los frenos hidráulicos y en los puentes hidráulicos.

Cuándo la velocidad de un fluido en cualquier punto dado permanece constante en el transcurso del tiempo, se dice que el movimiento del fluido es uniforme. Esto es, en un punto dado cualquiera, en un flujo de régimen estable la velocidad de cada partícula de fluido que pasa es siempre la misma. En cualquier otro punto puede pasar una partícula con una velocidad diferente, pero toda partícula que pase por este segundo punto se comporta allí de la misma manera que se comportaba la primera partícula cuando pasó por este punto. Estas condiciones se pueden conseguir cuando la velocidad del flujo es reducida. Por otro lado, en un flujo de régimen variable, las velocidades son función del tiempo. En el caso de un flujo turbulento, las velocidades varían desordenadamente tanto de un punto a otro como de un momento a otro.

Las primeras aplicaciones que tuvo la Hidráulica en la sociedad fueron la Rueda Nonia y el molino de viento; que son artefactos impulsados por palancas con ayuda de fuerzas como las del viento y el agua. Estos mecanismos facilitaron el modo de vida de la época y además familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energía de una forma empírica.

• La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias en el siglo II A.C., la convirtió en una bomba de doble efecto.

• En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción de instalaciones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia .Este tipo de experiencias u observaciones eran los acueductos utilizados por ellos.

• Posteriormente en 1612 Galileo crea un sistema para medir el movimiento del agua en el cual un líquido sube a través de un agujero.

• Ya en 1643 Torriceli, alumno de Galileo enuncia la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Además creo el Barómetro el cual tiene como objetivo la medición de la presión atmosférica.

• En 1650 Blaise Pascal formula la ley de distribución de la presión de un líquido; en donde dice que al encajar un líquido en un tubo con una fuerza está de podría duplicar hasta 10 veces más según su medida cilíndrica. Igualmente descubre la comprobación de que la potencia del vació se debe al peso de la atmósfera y no a un "error natural" como se creía anteriormente.

• Newton por su parte da una introducción de viscosidad en los fluidos como el aceite y el agua; y los fundamentos de la teoría de Hidrodinámica, Newton dice que los líquido contenido en recipientes grandes están influenciados por la fuerza de la naturaleza.

Hasta la mitad del siglo dieciocho no existía aun una ciencia integrada sobre el comportamiento de los fluidos. Los fundamentales teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonard Euler en el siglo dieciocho.

• Daniel Bernoulli en 1738 en su "Hidrodinámica", formula la ley fundamental del movimiento de los Fluidos que da relación entre presión, velocidad y cabeza del fluido; propuso que la presión atmosférica se notaba más cuando en un recipiente hay un agujero y el agua sale con menos presión y más fuerza y que la presión es mayos cuando la altura del recipiente es mayor.

• Leonard Euler desarrolla ecuaciones diferenciales generales del flujo para los fluidos no viscosos. Esto marco el análisis de la Mecánica de Fluidos. Asimismo creó la ecuación general para todas las maquinas hidráulicas rota dinámicas, y los fundamentos de la teoría de la flotación.

• Joseph Braham, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.

Inmediatamente siguieron sin número de aplicaciones y como era de esperarse, se abrió un mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto técnicas como financieras de su tiempo.

El segundo periodo, que comprende los últimos años del siglo XVIII y la mayoría del XIX, se caracterizó por la acumulación de datos experimentales y por la determinación de factores de corrección para la ecuación de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea

que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad. En los años posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energía hidráulica, la cual era distribuida a grandes distancias por tuberías hasta las fábricas donde accionaban molinos, prensas, laminadores y grúas.

DESARROLLO DEL PROYECTO

Botella de agua de 600 ml.

Empack

Eje en hierro de 1/4

Tornillo brístol Abellán

Arandelas de 1/4

Válvula

Fomi

Rodamientos

La base del carro se realizó sobre empack blanco con ayuda de una fresadora, se realizaron las ruedas las cuales adaptamos a cuatro rodamientos. Se realizó la gran mayoría de partes en empack ya que este es un material muy ligero los ejes se realizaron en acero inoxidable 304 con la ayuda de un trono cnc.El principal problema que se encontró es que el carro está quedando pesado para lo que se está pensando cambiar el material de los ejes de las ruedas

EJECUCIÓN DEL PROYECTO

TABLAS DE EJECUCIÓN

PRESIÓN DISTANCIA CANTIDAD DE AGUA5 bares 35 cm 1004 bares 40 cm 1505 bares 55 cm 2006 bares 60 cm 2504 bares 40 cm 3004 bares 65 cm 3505 bares 50 cm 4005 bares 45 cm 4506 bares 30 cm 5005 bares 45 cm 550

PRUEBA FINAL

PRESIÓN DISTANCIA DISTANCIA RAMPAS

CANTIDAD DE AGUA

5 bares 30 cm 50 cm 300 ml

BUSQUEDA BIBLIOGRAFICA

• Que es la hidráulica. http://www.areatecnologia.com/que-es-hidraulica.htm

Energía hidráulica en Colombia, Curso virtual, Tomado de http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ciencias/mtria_ensenanza/ene_ren/pdf/energia_hidraulica_en_colombia.pdf

• Blog diario, Energías renovables, Tomado de http://energias15.blogspot.es/ • Colombia energía, Generación hidráulica, fuente de energía y dínamo para las exportaciones, Tomado de http://www.colombiaenergia.com/node/111#sthash.XoPvCcY5.dpuf